Tiêu chuẩn quốc gia TCVN13505:2022 về Công trình thuỷ lợi - Trạm bơm cấp, thoát nước - Yêu cầu thiết kế

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13505:2022

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - TRẠM BƠM CẤP, THOÁT NƯỚC - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic Structures - Water Supply and Drainage Pumping Stations - Design Requirements

MỤC LỤC

Lời nói đầu

1  Phạm vi áp dụng

2  Tài liệu viện dẫn

3  Thuật ngữ, định nghĩa

4  Quy định chung

4.1  Phân loại trạm bơm

4.2  Cấp thiết kế của trạm bơm

4.3  Các yếu tố cơ bản cần phải xét tới

4.4  Tài liệu cơ bản phục vụ thiết kế

5  Bố trí các công trình khu đầu mối trạm bơm

5.1  Sơ đồ bố trí các công trình trong khu đầu mối trạm bơm

5.2  Lựa chọn vị trí bố trí đầu mối trạm bơm

5.3  Lựa chọn sơ đồ bố trí công trình của trạm bơm

5.4  Bố trí công trình trạm bơm trong một số trường hợp khác

6  Xác định các đặc trưng lưu lượng và cột nước của trạm bơm

6.1  Các lưu lượng đặc trưng của trạm bơm

6.2  Các mực nước đặc trưng của trạm bơm

6.3  Các cột nước địa hình đặc trưng của trạm bơm

6.4  Cột nước tổn thất đường ống và cột nước bơm yêu cầu

6.5  Các cột nước bơm đặc trưng

7  Chọn máy bơm và động cơ

7.1  Chọn máy bơm

7.2  Chọn động cơ kéo máy bơm

8  Khí thực máy bơm và xác định cao trình đặt máy

8.1  Hiện tượng khí thực, độ cao đặt máy và cao trình đặt máy

8.2  Xác định độ cao đặt máy theo điều kiện chống khí thực

9  Nhà máy bơm

9.1  Các loại nhà máy bơm

9.2  Yêu cầu chung về kích thước nhà máy bơm

9.3  Nhà máy bơm kiểu khối tảng

9.4  Nhà máy bơm buồng xoắn bê tông

9.5  Nhà máy bơm kiểu buồng ướt

9.6  Nhà máy bơm kiểu buồng khô

9.7  Nhà máy bơm mỏng tách rời

9.8  Nhà máy bơm lắp máy bơm chìm

9.9  Trạm bơm di động

9.10  Trạm bơm nổi

10  Công trình lấy nước vào trạm bơm

10.1  Quy định chung đối với công trình lấy nước

10.2  Công trình lấy nước từ sông

10.3  Công trình lấy nước từ hồ chứa

10.4  Công trình lấy nước trên kênh

10.5  Bộ phận chắn cá ở công trình lấy nước

11  Công trình dẫn nước tới nhà máy bơm

11.1  Các quy định chung về công trình dẫn nước

11.2  Công trình dẫn nước là đường ống có áp

11.3  Công trình dẫn nước là đường ống không áp

11.4  Công trình dẫn nước là đường ống chân không

11.5  Công trình dẫn nước là kênh hở

12  Bể hút trước nhà máy bơm

12.1  Nhiệm vụ của bể hút

12.2  Tính toán thủy lực bể hút

13  Ống đẩy của trạm bơm

13.1  Các quy định chung

13.2  Vật liệu làm ống

13.3  Xác định đường kính kinh tế của ống đẩy

13.4  Bố trí thiết bị trên đường ống đẩy

13.5  Tính toán nước va trong ống đẩy

13.6  Đường ống đẩy bằng thép

13.7  Đường ống đẩy bằng gang đúc

13.8  Đường ống đẩy bằng bê tông cốt thép

13.9  Đường ống đẩy bằng chất dẻo HDPE

13.10  Các yêu cầu khác về thiết kế đường ống đẩy

14  Bể xả của trạm bơm

14.1  Nhiệm vụ của bể xả và lựa chọn loại bể xả

14.2  Các yêu cầu chung về thiết kế bể xả

14.3  Tính toán thủy lực bể xả thẳng dòng có nắp ống đẩy hoặc có cửa van đóng nhanh

14.4  Tính toán thủy lực bể xả có ống đẩy xi phông

14.5  Tính toán thủy lực bể xả thẳng dòng có tường tràn

15  Các hệ thống thiết bị phụ trợ

15.1  Các hệ thống thiết bị phụ trợ trong trạm bơm

15.2  Hệ thống cung cấp nước kỹ thuật

15.3  Hệ thống cung cấp dầu

15.4  Hệ thống mồi nước cho máy bơm chính

15.5  Hệ thống tiêu nước trong nhà máy

15.6  Hệ thống thông gió cho nhà máy bơm

15.7  Hệ thống chữa cháy

15.8  Các thiết bị cơ khí và phụ kiện của đường ống

15.9  Cửa van và cửa phai ở trạm bơm

15.10  Lưới chắn rác và thiết bị vớt rác

15.11  Thiết bị nâng chuyển

15.12  Thiết bị đo lường thủy lực

15.13  Thiết bị quan trắc công trình trạm bơm

16  Hệ thống thiết bị điện trạm bơm

16.1  Động cơ điện

16.2  Máy biến áp cho trạm bơm

16.3  Hệ thống điện trong trạm bơm

17  Hệ thống tín hiệu, vận hành, điều khiển và tự động hóa

17.1  Hệ thống đo lường và tín hiệu

17.2  Hình thức điều khiển vận hành trạm bơm

17.3  Hệ thống SCADA

Phụ lục A (Tham khảo) Áp suất khí trời và áp suất bốc hơi của nước

Phụ lục B (Tham khảo) Xác định các kích thước cơ bản của một số kiểu nhà máy bơm

Phụ lục C (Tham khảo) Kích thước buồng hút của nhà máy bơm

Phụ lục D (Tham khảo) Đường kính kinh tế ống đẩy thép và gang dẻo

Phụ lục E (Tham khảo) Dòng điện lâu dài cho phép của cáp điện động lực

Thư mục tài liệu tham khảo

Lời nói đầu

TCVN 13505:2022 do Trường đại học Thủy lợi biên soạn, Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn đo lường chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và công nghệ công bố.

TCVN 13505:2022 thay thế TCVN 8423:2010; TCVN 9141:2012; TCVN 9142:2012.

CÔNG TRÌNH THỦY LỢI - TRẠM BƠM CÁP, THOÁT NƯỚC - YÊU CẦU THIẾT KẾ

Hydraulic Structures - Water Supply and Drainage Pumping Stations - Design Requirements

1  Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn áp dụng để thiết kế trạm bơm cấp nước, thoát nước thuộc hệ thống công trình thủy lợi.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có):

TCVN 4116, Kết cấu bê tông và bê tông cốt thép thủy công - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 4118, Công trình thủy lợi - Hệ thống dẫn, chuyển nước - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 4244, Thiết bị nâng - Thiết kế, chế tạo và kiểm tra kỹ thuật;

TCVN 4253, Công trình thủy lợi - Nền các công trình thủy công - Yêu cầu thiết kế;

TCVN 5308, Quy phạm kỹ thuật an toàn trong công tác xây dựng;

TCVN 6306-1÷13, Máy biến áp điện lực;

TCVN 6627-1÷18, Máy điện quay;

TCVN 7114, Chiếu sáng nơi làm việc - Phần 1: Trong nhà; Phần 3: Ngoài nhà;

TCVN 7540-1, Động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng sóc - Phần 1: Hiệu suất năng lượng;

TCVN 7540-2, Động cơ điện không đồng bộ ba pha roto lồng sóc - Phần 2: Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng;

TCVN 7957, Thoát nước - Mạng lưới và công trình bên ngoài - Tiêu chuẩn thiết kế;

TCVN 8215, Công trình thủy lợi - Các quy định chủ yếu về thiết kế, bố trí, thiết bị quan trắc cụm công trình đầu mối;

TCVN 8299, Công trình thủy lợi - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế cửa van, khe van bằng thép;

TCVN 8300, Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu xi lanh thủy lực - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, lắp đặt, nghiệm thu, bàn giao;

TCVN 8301, Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu vít - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, lắp

TCVN 8477, Công trình thủy lợi - Thành phần, khối lượng khảo sát địa chất trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 8478, Công trình thủy lợi - Thành phần, khối lượng khảo sát địa hình trong các giai đoạn lập dự án và thiết kế;

TCVN 8635, Công trình thủy lợi - Ống xi phông kết cấu thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và kiểm tra;

TCVN 8636, Công trình thủy lợi - Đường ống áp lực bằng thép - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo và lắp đặt;

TCVN 8640, Công trình thủy lợi - Máy đóng mở kiểu cáp - Yêu cầu kỹ thuật trong thiết kế, chế tạo, lắp đặt và nghiệm thu;

TCVN 9152, Công trình thủy lợi - Quy trình thiết kế tường chắn công trình thủy lợi;

TCVN 9163, Công trình thủy lợi - Bản vẽ cơ điện - Yêu cầu về nội dung;

TCVN 9168, Công trình thủy lợi - Hệ thống tưới tiêu - Phương pháp xác định hệ số tưới lúa;

TCVN 9385, Chống sét cho công trình xây dựng - Hướng dẫn thiết kế, kiểm tra và bảo trì hệ thống;

TCVN 9903, Công trình thủy lợi - Yêu cầu thiết kế, thi công và nghiệm thu hạ mực nước ngầm;

TCVN 9398, Công tác trắc địa trong xây dựng công trình - Yêu cầu chung;

TCVN 10406, Công trình thủy lợi - Tính toán hệ số tiêu thiết kế;

TCVN 12571, Công trình thủy lợi - Thành phần nội dung công tác khảo sát, tính toán thủy văn trong giai đoạn lập dự án và thiết kế.

3  Thuật ngữ, định nghĩa

Trong tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau:

3.1  Máy bơm (Pump)

Một loại máy thủy lực nhận năng lượng từ bên ngoài và truyền lại cho chất lỏng; nhờ đó, năng lượng của chất lỏng tăng lên và chất lỏng di chuyển được đến một vị trí tương ứng.

3.2  Trạm bơm (Pumping station)

Một hệ thống bao gồm các công trình, các thiết bị thủy động lực và các thiết bị phụ trợ, được bố trí để chuyển nước từ một nơi này đến một nơi khác.

3.3  Tổ máy bơm (Pump set)

Một tổ hợp các thiết bị, bao gồm máy bơm, động cơ kéo máy bơm và các thiết bị truyền động từ động cơ sang máy bơm.

3.4  Thiết bị thủy động lực (Hydrodynamic devices)

Các tổ máy bơm chính, gồm cả ống hút, ống đẩy và các thiết bị trên đường ống đó, được bố trí ở nhà máy bơm.

3.5  Nhà máy bơm (Pump house)

Nơi đặt các thiết bị thủy động lực chủ yếu và các hệ thống thiết bị phụ trợ, đồng thời còn bố trí hệ thống đường ống nối tiếp.

3.6  Nguồn nước  (Water sources)

Nơi lấy nước đối với trạm bơm cấp nước hoặc nơi nhận nước đối với trạm bơm thoát nước. Nguồn nước có thể là sông, kênh mương, hồ chứa, ao đầm, bể nước, đường ống dẫn nước, v.v...

3.7  Chu kỳ làm việc của trạm bơm  (Duty cycle of pumping station)

Thời gian lặp lại quá trình làm việc của trạm bơm, thường là vụ hoặc năm đối với trạm bơm cấp nước tưới, là ngày đối với trạm bơm cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, là thời gian của trận mưa đối với trạm bơm thoát nước mưa.

3.8 Đường quá trình  (Time series)

Chuỗi các số liệu được sắp xếp theo thứ tự thời gian. Thông thường, đường quá trình biểu thị giá trị của một đại lượng tại các thời điểm cách đều nhau liên tiếp trong một quãng thời gian; ví dụ: mực nước nguồn, lưu lượng nước yêu cầu,...

3.9  Nhu cầu nước  (Water demand)

Lượng nước cần thiết của hệ thống (tưới, tiêu, cấp nước,...) mà trạm bơm cần đáp ứng. Nhu cầu nước thường được thể hiện bằng đường quá trình lưu lượng nước yêu cầu trong một chu kỳ làm việc của trạm bơm.

3.10  Khớp nối trục (Couplings)

Chi tiết trung gian dùng để kết nối các trục với nhau, làm nhiệm vụ truyền chuyển động từ trục động cơ đến trục máy bơm.

Trong các trạm bơm, có thể gặp các loại khớp nối: khớp nối trực tiếp, cụm trục và các khớp nối trung gian, khớp nối bánh răng giảm tốc độ hoặc chuyển hướng chuyển động, khớp nối thủy lực (biến tốc hoặc không biến tốc), khớp nối điện từ, khớp nối đai truyền,... Ngoài nhiệm vụ truyền động, khớp nối còn có tác dụng đóng mở các cơ cấu, ngăn ngừa quá tải, giảm lực động, giảm tác động của nước va, bù sai lệnh tâm giữa các trục.

3.11  Thiết bị phụ (Auxiliary equipments)

Những thiết bị được bố trí để đảm bảo hoạt động của các tổ máy bơm chính và các công việc vận hành và quản lý trạm bơm.

3.12  Thiết bị cơ khí (Mechanical equipments)

Những chi tiết bằng kim loại; ở trạm bơm, thiết bị cơ khí gồm cửa van, cửa phai, lưới chắn rác,...

3.13  Sơ đồ nối điện (Electrical wiring diagram)

Sự biểu diễn trực quan đơn giản về sự kết nối của các dây điện cùng các thiết bị và linh kiện của hệ thống điện. Sơ đồ nối điện của trạm bơm điện thường được thể hiện dưới dạng sơ đồ điện một sợi.

3.14  Hệ thống SCADA (Supervisory control and data acquisition)

Hệ thống thu thập số liệu để phục vụ việc giám sát, điều khiển và vận hành một hệ thống (ở đây là hệ thống trạm bơm).

4.  Quy định chung

4.1  Phân loại trạm bơm

4.1.1  Phân loại theo nhiệm vụ:

- Trạm bơm cấp nước: Cấp nước tưới cho cây trồng và những đối tượng khác;

- Trạm bơm tưới: Cấp nước tưới riêng cho đối tượng cây trồng;

- Trạm bơm thoát nước (còn gọi là trạm bơm tiêu): Chuyển nước thừa (nước mưa, nước thải,...) trong khu vực ra nguồn nước;

- Trạm bơm cấp nguồn: Cấp nguồn nước chưa xử lý cho các ngành sử dụng nước khác.

4.1.2  Phân loại theo dạng năng lượng để chạy máy bơm:

- Trạm bơm điện: Sử dụng động cơ điện để chạy máy bơm;

- Trạm bơm dầu (hoặc xăng): Sử dụng động diezen (hoặc động cơ xăng) để chạy máy bơm;

- Trạm bơm khí ga: Sử dụng khí ga để chạy máy bơm;

- Trạm bơm thủy năng: Sử dụng năng lượng nước để chạy máy bơm, như: trạm bơm nước va, trạm bơm turbin.

4.1.3  Phân loại theo trạng thái vị trí:

- Trạm bơm cố định;

- Trạm bơm di động (trên ray, trên cửa van, trên xe cơ giới);

- Trạm bơm nổi (trên thuyền, trên phao).

4.1.4  Phân loại theo quy mô:

- Trạm bơm nhỏ: Q_tr.TK < 1 m³/s;

- Trạm bơm vừa: 1 ≤ Q_tr.TK < 20 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 1 m³/s nhưng N_đc ≥ 150 kW;

- Trạm bơm lớn: 20 ≤ Q_tr.TK < 50 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 20 m³/s nhưng Q_b ≥ 10 m³/s hoặc N_đc ≥ 800 kW;

- Trạm bơm rất lớn: 50 ≤ Q_tr.TK < 100 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 50 m³/s nhưng Q_b ≥ 16 m³/s hoặc N_đc ≥ 1200 kW;

- Trạm bơm đặc biệt lớn: Q_tr.TK ≥ 100 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 100 m³/s nhưng Q_b ≥ 25 m³/s hoặc N_đc ≥ 2000 kW.

GHI CHÚ: Q_tr.TK là lưu lượng thiết kế trạm bơm; Q_b là lưu lượng một máy bơm; N_đc, là công suất định mức của động cơ kéo máy bơm.

4.2  Cấp thiết kế của trạm bơm

Theo lưu lượng thiết kế trạm bơm Q_tr.TK, lưu lượng định mức máy bơm Q_b và công suất định mức của động cơ N_đc, trạm bơm được phân cấp thiết kế như sau:

- Cấp IV: Q_tr.TK < 1 m³/s;

- Cấp III: 1 ≤ Q_tr.TK < 20 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 1 m³/s nhưng N_đc ≥ 150 kW;

- Cấp II: 20 ≤ Q_tr.TK < 50 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 20 m³/s nhưng Q_b ≥ 10 m³/s hoặc N_đc ≥ 800 kW;

- Cấp I: 50 ≤ Q_tr.TK < 100 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 50 m³/s nhưng Q_b ≥ 16 m³/s hoặc N_đc ≥ 1200 kW;

- Cấp đặc biệt: Q_tr.TK ≥ 100 m³/s, hoặc Q_tr.TK < 100 m³/s nhưng Q_b ≥ 25 m³/s hoặc N_đc ≥ 2000 kW.

4.3  Các yếu tố cơ bản cần phải xét tới

Hồ sơ thiết kế công trình trạm bơm được tiến hành trên cơ sở tính toán kỹ thuật và kinh tế, trong đó có xét đến các yếu tố:

- Địa hình, địa chất và địa chất thủy văn tại vị trí đặt trạm bơm; diễn biến hình thái lòng sông và bờ sông đối với trạm bơm đặt trên bờ hoặc lòng sông để lấy nước từ sông; vấn đề xử lý nền công trình khi xây dựng trên nền đất đắp, đất mềm yếu;

- Chế độ thủy văn của nguồn nước;

- Vật liệu xây dựng và vấn đề sử dụng vật liệu tại chỗ;

- Năng lượng cung cấp cho trạm bơm và chế độ cung cấp năng lượng;

- Điều kiện về thi công: kỹ thuật thi công, tổ chức thi công;

- Thời gian xây dựng, khả năng xây dựng theo đợt và đưa từng phần công trình vào khai thác trong giai đoạn thi công; thời gian hoạt động của dự án;

- Những yêu cầu đối với tuổi thọ của công trình và thiết bị, sự thuận lợi cho khai thác với chi phí thấp;

- Sử dụng tổng hợp nguồn nước cho các đối tượng khác nhau;

- Tự động hóa điều khiển, vận hành công trình;

- Nhu cầu sử dụng đất, thu hồi đất và giải phóng mặt bằng để xây dựng công trình, v.v...

4.4  Tài liệu cơ bản phục vụ thiết kế

4.4.1  Yêu cầu chung về tài liệu

Tài liệu phục vụ thiết kế phải phù hợp với loại công trình, cấp công trình và giai đoạn thiết kế. Thành phần, khối lượng khảo sát (địa hình, địa chất,...) và thu thập tài liệu phục vụ cho công tác thiết kế được áp dụng theo các tiêu chuẩn viện dẫn có liên quan, được thể hiện trong bản thuyết minh về nhiệm vụ, phương án khảo sát và thu thập tài liệu được cấp có thẩm quyền phê duyệt.

4.4.2  Tài liệu về nhu cầu nước

Tài liệu về nhu cầu nước mà trạm bơm phục vụ là số liệu tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu của hệ thống (tưới, tiêu, cấp nước,...) theo thời gian. Bước thời gian của biểu đồ tổng hợp nhu cầu nước được lấy như sau: đối với hệ thống tưới là các ngày trong năm hoặc trong vụ; đối với hệ thống tiêu thoát nước là các ngày trong năm hoặc trong vụ, hay các giờ trong trận mưa tùy theo tính chất khẩn trương của vấn đề tiêu úng; đối với trạm bơm cấp nước là các giờ trong ngày.

4.4.3  Tài liệu thủy văn của nguồn nước

Tài liệu thủy văn nguồn nước là các số liệu về mực nước, lưu lượng, hàm lượng bùn cát và nhiệt độ nước của nguồn. Các số liệu này thường được thể hiện dưới dạng đường quá trình. Để xác định các đại lượng thủy văn phục vụ cho thiết kế trạm bơm, cần các tài liệu sau:

- Đối với trạm bơm lấy nước từ sông hoặc trạm bơm thoát nước ra sông, cần có số liệu đo mực nước sông bình quân ngày của các ngày trong năm, đồng thời có các số liệu mực nước lớn nhất và mực nước nhỏ nhất của các tháng và các năm. Mẫu số liệu phải đảm bảo tính ngẫu nhiên và tính đại biểu (cho tổng thể đại lượng thống kê); dung lượng mẫu phải đủ lớn (thường tối thiểu từ 20 trị số trở lên), sai số lấy mẫu nằm trong phạm vi cho phép.

- Đối với trạm bơm lấy nước từ hồ chứa, yêu cầu về số liệu thủy văn cũng tương tự như đối với nguồn nước là sông, ngoài ra cần có thêm số liệu về chế độ vận hành hồ chứa.

- Đối với trạm bơm cấp nước sinh hoạt và công nghiệp, cần có tài liệu mực nước bể hút và bể xả theo các giờ trong ngày.

- Đối với những nguồn nước mà dự kiến sẽ có những thay đổi đáng kể trong tương lai, ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của hệ thống công trình trạm bơm, cần có tài liệu dự báo về chế độ thủy văn của nguồn. Thời gian dự báo phải phù hợp với gian thời gian hoạt động của dự án đầu tư xây dựng công trình.

4.4.4  Tài liệu địa hình, địa chất và địa chất thủy văn

Tài liệu địa hình khu vực xây dựng trạm bơm gồm: bình đồ, các mặt cắt dọc, các mặt cắt ngang như yêu cầu đối với đầu mối công trình thủy lợi. Nếu công trình có yêu cầu thí nghiệm mô hình, cần mở rộng phạm vi khảo sát như đo thêm một đoạn sông hoặc một khu vực hồ chứa.

Tài liệu địa chất công trình và địa chất thủy văn khu vực xây dựng trạm bơm gồm: bình đồ các hố khoan địa chất khu vực xây dựng, hình trụ các hố khoan, các mặt cắt địa chất dọc và ngang tuyến công trình, các chỉ tiêu cơ lý của các lớp đất, các số liệu về địa chất thủy văn. Nếu có hiện tượng cát đùn, cát chảy mạnh và cần tiêu nước ngầm hố móng bằng giếng thì cần khảo sát địa chất thủy văn cho một số điểm trong phạm vi bán kính ảnh hưởng của nước ngầm.

4.4.5  Tài liệu khí tượng

Các tài liệu khí tượng bao gồm các số liệu đo mưa, bốc hơi, gió, nhiệt độ, độ ẩm không khí,... Để xác định các đặc trưng khí tượng phục vụ cho thiết kế trạm bơm, cần có số liệu khí tượng của các ngày trong năm. Mẫu số liệu phải đảm bảo tính ngẫu nhiên và tính đại biểu (cho tổng thể đại lượng thống kê); dung lượng mẫu phải đủ lớn (thường tối thiểu từ 20 trị số trở lên), sai số lấy mẫu nằm trong phạm vi cho phép.

Đối với trạm bơm thoát nước có tính khẩn trương cao (cho đô thị, công nghiệp,...) thì cần có thêm tài liệu mưa giờ của một số trận mưa điển hình.

4.4.6  Tài liệu về công trình đã xây dựng

Đối với các trạm bơm được thiết kế nâng cấp sửa chữa hoặc xây dựng lại, cần thu thập các tài liệu về hồ sơ thiết kế trước đó hoặc bản vẽ hoàn công và bản vẽ hiện trạng công trình. Ngoài ra, cần thu thập các tài liệu về vận hành công trình.

4.4.7  Các tài liệu khác

Các tài liệu khác liên quan đến việc xây dựng và phục vụ của trạm bơm cần được thu thập bao gồm:

- Tài liệu về hiện trạng hạ tầng kỹ thuật và hạ tầng xã hội;

- Tài liệu về tình hình dân sinh, kinh tế;

- Tài liệu về các quy hoạch (quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch thủy lợi, quy hoạch đê điều, quy hoạch xây dựng, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội,...).

5  Bố trí các công trình khu đầu mối trạm bơm

5.1  Sơ đồ bố trí các công trình trong khu đầu mối trạm bơm

Một sơ đồ bố trí khu đầu mối trạm bơm thường bao gồm các công trình cơ bản:

- Công trình lấy nước;

- Công trình dẫn nước đến nhà máy bơm;

- Bể lắng cát;

- Bể tập trung nước (còn gọi là bể hút);

- Nhà máy bơm;

- Ống đẩy;

- Công trình tháo nước (còn gọi là bể xả hoặc bể tháo).

Tùy theo điều kiện cụ thể, có thể giảm bớt công trình so với danh mục trên, hoặc có thể cần bố trí thêm công trình khác như: cống xả qua đê, cống lấy nước tự chảy, cống tiêu tự chảy, v.v...

5.2  Lựa chọn vị trí bố trí đầu mối trạm bơm

5.2.1  Để lựa chọn vị trí đặt trạm bơm đầu mối, cần phải nghiên cứu, xem xét các yếu tố cơ bản đã nêu ở 4.3.

5.2.2  Tùy thuộc vào địa hình và chiều cao cột nước bơm, việc bơm nước lên có thể thực hiện theo sơ đồ trạm bơm một cấp hoặc nhiều cấp. Số cấp trạm bơm phải được xác định trên cơ sở so sánh kinh tế và kỹ thuật các phương án

5.2.3  Đối với trạm bơm cấp nước tưới, vị trí trạm bơm cần đảm bảo:

- Đặt ở vị trí cao để khống chế được hầu hết diện tích cần tưới mà đường kênh (hoặc đường ống) tưới là ngắn nhất và khối lượng đào đắp ít nhất;

- Lấy nước xuôi thuận, không gây bồi lắng ở cửa lấy nước, không gây xói lở bờ nguồn nước;

- Hạn chế sự lắng đọng bùn cát làm bồi lấp cửa lấy nước và công trình dẫn nước; hạn chế lắng đọng bùn cát trên kênh (hoặc đường ống) tưới.

5.2.4  Đối với trạm bơm thoát nước, vị trí trạm bơm cần đảm bảo:

- Đặt ở vị trí thấp để khống chế diện tích tiêu nhiều nhất, tập trung nước nhanh về trạm bơm, khối lượng đào đắp hệ thống kênh (hoặc đường ống) tiêu là ít nhất;

- Thích hợp với việc phân khu tiêu nước, giảm bớt năng lượng tiêu thụ, các công trình không chồng chéo lên nhau.

5.2.5  Đối với trạm bơm tưới tiêu kết hợp, vị trí trạm bơm cần đảm bảo:

- Thỏa mãn cả hai nhiệm vụ tưới và tiêu tới mức cao nhất, nhưng ưu tiên nhiệm vụ chính;

- Tránh lãng phí về hiệu ích sử dụng công trình và thiết bị.

5.2.6  Khi lựa chọn vị trí trạm bơm cần đề ra một số phương án để tính toán và so sánh, rồi chọn ra phương án tốt nhất về kinh tế - kỹ thuật.

5.3  Lựa chọn sơ đồ bố trí công trình của trạm bơm

5.3.1  Sơ đồ bố trí các công trình của trạm bơm cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đã nêu ở 4.3; trong đó, các yếu tố phụ thuộc nhiều nhất là:

- Mục đích sử dụng của trạm bơm (cấp nước tưới, cấp nước sinh hoạt, tiêu thoát nước,...);

- Lưu lượng của trạm bơm;

- Lưu lượng, cột nước và chiều cao hút nước cho phép của máy bơm, loại máy bơm;

- Biên độ dao động mực nước nguồn;

- Khả năng ổn định của đất nền ở khu vực nguồn nước (lòng sông, bờ sông, bãi sông).

5.3.2  Các loại sơ đồ bố trí công trình trạm bơm

Sơ đồ bố trí hệ thống các công trình của trạm bơm được phân loại theo hình thức của các công trình và vị trí tương hỗ giữa chúng. Dưới đây là các sơ đồ bố trí cơ bản trạm bơm cấp nước:

a) Xét đến vị trí giữa công trình lấy nước, nhà máy bơm và công trình tháo nước, có các sơ đồ:

- Bố trí riêng biệt hay kết hợp với công trình lấy nước;

- Bố trí riêng biệt hay kết hợp với công trình tháo nước;

- Bố trí liền toàn bộ.

b) Xét riêng vị trí giữa nhà máy bơm và công trình lấy nước:

- Khi lấy nước từ sông, có các sơ đồ:

+ Bố trí riêng biệt bên bờ sông (nhà máy bơm có thể đặt ngoài đê hay trong đê);

+ Bố trí kết hợp bên bờ sông;

+ Bố trí riêng biệt ở lòng sông;

+ Bố trí kết hợp ở lòng sông.

- Khi lấy nước từ hồ chứa, có các sơ đồ:

+ Bố trí riêng biệt ở hạ lưu hồ chứa;

+ Bố trí kết hợp ở thượng lưu hồ chứa;

+ Bố trí kết hợp giữa thân đập.

- Khi lấy nước từ kênh, có các đồ:

+ Bố trí riêng biệt;

+ Bố trí kết hợp.

5.3.3  Lựa chọn sơ đồ bố trí các công trình của trạm bơm cấp nước

5.3.3.1  Bố trí kết hợp công trình tháo nước với nhà máy bơm được áp dụng khi: mực ở bể xả thấp so với sàn tầng trên mặt đất của nhà máy bơm, máy bơm có cột nước thấp và dao động mực nước ở bể xả nhỏ (< 3 m), hoặc khi xây bể xả kiểu có ống đẩy xi phông. Cần chú ý xử lý nền bể xả do nằm trên nền đất đắp.

5.3.3.2  Khi có đầy đủ điều kiện, có thể bố trí kết hợp nhà máy bơm với công trình lấy nước và công trình tháo nước thành một cụm công trình tập trung theo sơ đồ bố trí liền toàn bộ.

5.3.3.3  Chỉ sử dụng công trình lấy nước ở lòng sông khi đã so sánh kinh tế - kỹ thuật với các kiểu công trình khác và sau khi đã có ý kiến thỏa thuận của các tổ chức cùng sử dụng tổng hợp nguồn nước; thường sơ đồ này chỉ áp dụng đối với các trạm bơm quy mô vừa trở lên, có lưu lượng lớn hơn 3 m³/s.

5.3.3.4  Kiểu bố trí kết hợp ở lòng sông nên được áp dụng khi dao động mực nước ở nguồn lớn, bờ sông không ổn định, phần bãi sông bị ngập có bề rộng lớn (> 300 m), chiều sâu nước gần bờ không đủ để lấy nước; hoặc khi không có những điều kiện thuận lợi để xây dựng nhà máy bơm kiểu đặt ở bờ sông và công trình dẫn nước từ lòng sông tới nhà máy bơm nếu nhà máy bơm đặt ở bờ sông.

5.3.3.5 Kiểu bố trí riêng biệt ở lòng sông được áp dụng trong trường hợp nếu chứng minh được tính bất hợp lý của việc tăng kích cỡ của kiểu công trình trạm bơm kết hợp với công trình lấy nước ở lòng sông, khi khó đi lại tới nhà máy bơm và khi có khả năng bố trí các công trình dẫn nước tự chảy tới bờ sông. Trong trường hợp này công trình lấy nước được xây dựng theo kiểu ngập ở lòng sông, còn nhà máy bơm đặt ở bờ sông. Lưu lượng của công trình lấy nước kiểu này không nên quá 3 m³/s.

5.3.3.6  Đối với nguồn nước có nhiều phù sa đường kính hạt nhỏ không gây tác hại đến các bộ phận của máy bơm và có thể lấy phù sa bón ruộng thì nên bố trí công trình lấy nước kết hợp với nhà máy bơm với các tầng cửa lấy nước để luôn luôn lấy được nước dòng mặt, tránh lấy bùn cát đáy.

5.3.3.7  Trong trường hợp bãi sông dốc và hẹp (< 300 m) và mực nước sông biến đổi giữa mùa lũ và mùa kiệt trung bình (dưới 8 m), nên chọn sơ đồ bố trí kiểu kết hợp với công trình lấy nước bên bờ sông tại vị trí đường mép nước lớn nhất.

5.3.3.8  Trong trường hợp bãi sông rộng, mực nước sông biến đổi ít (dưới 4 m) nên chọn sơ đồ bố trí kiểu riêng biệt trên bãi sông; công trình lấy nước đặt ở mép nước lớn nhất, còn nhà máy bơm đặt trên bãi sông; công trình dẫn nước là kênh hở hoặc ống dẫn tự chảy.

5.3.3.9  Trong trường hợp mực nước sông biến đổi lớn (từ 8 m ÷ 20 m), có thể áp dụng sơ đồ bố trí kiểu kết hợp với công trình lấy nước ở lòng sông. Khi xây dựng nhà máy ở lòng sông nên chú ý đến điều kiện vận tải thủy trên sông.

5.3.3.10  Trường hợp trạm bơm nhỏ, mực nước sông lên xuống trong phạm vi chiều cao hút nước cho phép của máy bơm, một cách đơn giản có thể đặt ống hút trên các giá đỡ và lấy nước trực tiếp từ sông.

5.3.3.11  Trong điều kiện lượng bùn cát ở nguồn quá lớn, lưu lượng trạm bơm nhỏ, thì dùng phương án bố trí công trình lấy nước kiểu gầu đào, còn trạm bơm bố trí riêng biệt ở trên bờ (xem 10.2.18).

5.3.3.12  Trạm bơm lấy nước ở hồ chứa có mực nước lên xuống dưới 8 m nên chọn sơ đồ bố trí kết hợp với công trình lấy nước ở thượng lưu đập.

5.3.3.13  Khi mực nước hồ chứa lên xuống nhiều, nên kết hợp với công trình của hồ chứa, chọn sơ đồ bố trí riêng biệt ở sau đập. Khi đó cần chú ý kết hợp với cống ngầm tháo nước của hồ chứa, ống hút của máy bơm hút nước trực tiếp từ cống ngầm. Nếu gặp trường hợp không cho phép lấy nước qua cống ngầm mà phải xây dựng một đường ống lấy nước riêng qua thân đập thì cần so sánh với phương án đặt nhà máy ở thượng lưu đập.

5.3.3.14  Có thể áp dụng sơ đồ bố trí nhà máy bơm xây ngang thân đập khi hồ chứa có mực nước biến đổi ít (dưới 3 m) đập thấp và điều kiện ổn định thân đập cho phép.

5.3.3.15  Các trạm bơm lấy nước trên kênh có thể bố trí nhà máy bơm kết hợp với công trình lấy nước.

5.3.3.16  Đối với những vùng phục vụ nhỏ, nằm ven sông hoặc hồ chứa có mực nước thay đổi lớn, điều kiện địa hình và địa chất phức tạp, lưu lượng yêu cầu không lớn (dưới 3 m³/s) nên dùng các loại trạm bơm đặc biệt như: trạm bơm thuyền, trạm bơm phao, trạm bơm di động trên ray,...

5.3.4  Khi thiết kế, cần đưa ra một số sơ đồ bố trí và thông qua tính toán kỹ thuật - kinh tế để so sánh mà chọn ra sơ đồ bố trí tốt nhất.

5.3.5  Khi bố trí và thiết kế các công trình trạm bơm phải tính toán tiết kiệm diện tích xây dựng; cần quan tâm đến vẻ đẹp kiến trúc và môi trường cảnh quan của công trình. Nên bố trí trồng cây xanh trong khu vực trạm bơm với những loại cây phù hợp với khí hậu và thổ nhưỡng. Diện tích trồng cây nên lấy không ít hơn (15% ÷ 25%) tổng diện tích khu đầu mối. Khu vực trạm bơm cần có hàng rào bao quanh để bảo vệ.

5.4  Bố trí công trình trạm bơm trong một số trường hợp riêng

5.4.1  Trạm bơm có cống xả qua đê

Đối với trạm bơm tưới có bể xả đặt ngoài đê, hoặc trạm bơm tiêu có bể xả đặt trong đê, để nối tiếp bể xả với kênh xả cần bố trí cống xả qua đê. Nên thiết kế cống xả qua đê với tổn thất cột nước qua cống ΔZ = (0,15 ÷ 0,25) m khi trạm bơm làm việc với lưu lượng thiết kế.

5.4.2  Trạm bơm tưới có kết hợp lấy nước tự chảy

Trong những điều kiện cụ thể, vào thời gian mực nước nguồn cao, có thể dừng bơm và tranh thủ lấy nước qua một công trình lấy nước tự chảy.

Nếu công trình lấy nước tự chảy là một cống qua đê được xây dựng riêng thì cống này nên được bố trí gần trạm bơm để thuận tiện cho việc quản lý vận hành và nên được thiết kế với tổn thất cột nước qua cống ΔZ = (0,15 ÷ 0,25) m ứng với trường hợp cống làm việc với lưu lượng thiết kế.

Trong những điều kiện cụ thể, có thể hợp nhất cống lấy nước bơm và cống lấy nước tự chảy thành một cống lấy nước chung; khi đó cần bố trí thêm công trình và thiết bị thích hợp để có thể chuyển đổi chế độ vận hành (bơm hoặc tự chảy) của cụm công trình đầu mối. Nên thiết kế cống lấy nước chung với tổn thất cột nước qua cống ΔZ = (0,05 ÷ 0,15) m ứng với trường hợp cống làm việc với lưu lượng thiết kế.

5.4.3  Trạm bơm tiêu có kết hợp tiêu tự chảy

Đối với trạm bơm tiêu, trong những điều kiện cụ thể, vào thời gian mực nước nguồn thấp, có thể dừng bơm và tranh thủ tiêu qua một công trình tiêu tự chảy.

Nếu công trình tiêu tự chảy là một cống qua đê được xây dựng riêng, thì cống này nên được bố trí gần trạm bơm để thuận tiện cho việc quản lý vận hành và nên được thiết kế với tổn thất cột nước qua cống ΔZ = (0,05 ÷ 0,15) m ứng với trường hợp cống làm việc với lưu lượng thiết kế.

Trong những điều kiện cụ thể, có thể hợp nhất cống xả bơm và cống tiêu tự chảy thành một cống chung; khi đó cần bố trí thêm công trình và thiết bị thích hợp để có thể thay đổi chế độ vận hành (bơm hoặc tự chảy) của cụm công trình đầu mối. Nên thiết kế cống chung với tổn thất cột nước qua cống ΔZ = (0,05 ÷ 0,15) m ứng với trường hợp cống làm việc với lưu lượng thiết kế. Một số trường hợp, có thể sử dụng tầng dưới của nhà máy bơm để kết hợp làm một phần của cống chung này.

5.4.4  Trạm bơm kết hợp nhiều nhiệm vụ

Trong những điều kiện cụ thể, có thể xây dựng trạm bơm kết hợp nhiều nhiệm vụ (tưới, cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp...) nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng máy móc và công trình, giảm chi phí đầu tư so với khi xây dựng các trạm bơm cho từng nhiệm vụ riêng biệt.

Điều kiện ảnh hưởng lớn nhất khi chọn sơ đồ bố trí các công trình ở trạm bơm kết hợp nhiều nhiệm vụ là sự khác nhau về mực nước (ở bể hút và ở bể xả) và sự khác nhau về lưu lượng bơm khi trạm bơm làm việc cho các nhiệm vụ khác nhau. Do đó, cần phải xem xét khả năng đáp ứng của máy bơm, thiết bị và công trình cho các nhiệm vụ.

Khi bố trí các công trình trạm bơm kết hợp nhiều nhiệm vụ, cần chọn sơ đồ bố trí hợp lý để giảm các công trình giao nhau, thuận tiện cho việc quản lý, vận hành và giảm chi phí xây dựng công trình.

Chọn máy bơm cho trạm bơm cần đảm bảo đáp ứng tất cả các nhiệm vụ, nhưng ưu tiên cho nhiệm vụ chính (thường là nhiệm vụ có lưu lượng bơm lớn nhất, hoặc có năng lượng tiêu thụ nhiều nhất).

Thiết kế công trình và lựa chọn thiết bị cho trạm bơm kết hợp nhiều nhiệm vụ cũng tương tự như đối với trạm bơm riêng biệt một nhiệm vụ.

5.4.5  Trạm bơm kết hợp tưới và tiêu, bơm và tự chảy

Trong những điều kiện cụ thể, để nâng cao hiệu quả sử dụng máy móc và công trình, giảm chi phí đầu tư và chi phí quản lý,... phải ưu tiên giải pháp bố trí một trạm bơm để thực hiện cả hai nhiệm vụ tưới và tiêu ở cả hai chế độ bơm và tự chảy; khi đó, cần bố trí công trình và thiết bị thích hợp để có thể vận hành được ở bất cứ chế độ nào trong các chế độ sau đây:

- Cấp nước bằng bơm;

- Cấp nước tự chảy;

- Tiêu nước bằng bơm;

- Tiêu nước tự chảy.

5.4.6  Trạm bơm cấp nước cho vùng cao

Trạm bơm cấp nước cho vùng cao thường có ống đẩy dài, chi phí xây dựng đường ống lớn, do đó cần chú trọng chọn đường ống và máy bơm theo phương pháp tối ưu.

Cần xét đến việc phân cấp các trạm bơm theo các phân khu cấp nước để tiết kiệm chi phí xây dựng, công suất động cơ và năng lượng tiêu thụ để bơm nước.

Cần tính toán nước va sinh ra trên đường ống khi dừng máy bơm đột ngột. Cần bố trí các thiết bị bảo vệ đường ống khi hoạt động, cũng như các thiết bị phục vụ công tác vận hành, sửa chữa, thau rửa đường ống.

5.4.7  Ở trạm bơm lấy nước ở sông miền núi có nhiều cuội đá và chiều sâu nhỏ, nên sử dụng công trình lấy nước kiểu đáy, nhà máy bơm đặt riêng biệt. Lưới chắn rác của công trình lấy nước kiểu đáy phải đặt nằm ngang, hoặc với độ dốc xuống là 0,2 theo chiều dòng chảy. Khi xây dựng đập dâng phải đặt lưới chắn rác ở trên ngưỡng của đập. Việc dẫn nước đến nhà máy bơm được thực hiện nhờ kênh hở; kênh này có thể dùng làm bể lắng cát; không nên sử dụng ống tự chảy thay cho kênh hở.

5.4.8  Khi dòng chảy mặt không đủ, hoặc khi chất lượng của nước mặt không đạt mức cho phép, hoặc do những nguyên nhân khác cản trở việc sử dụng công trình lấy nước kiểu bình thường thì có thể chọn công trình lấy nước cho trạm bơm theo kiểu thấm lọc.

5.4.9  Khi thiết kế các công trình (xem 5.1) của trạm bơm có cấp công trình từ cấp II trở lên, nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc chưa có số liệu thí nghiệm của công trình tương tự; hay trạm bơm có cấp công trình là cấp III trở xuống, nếu chưa có luận cứ xác đáng hoặc chưa có số liệu thí nghiệm của công trình tương tự và trong điều kiện nguồn nước phức tạp thì cần tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực để nghiên cứu những vấn đề kỹ thuật. Tỷ lệ mô hình, nội dung và trình tự thí nghiệm cần căn cứ vào các tiêu chuẩn về thí nghiệm mô hình thủy lực công trình thủy lợi, thủy điện và của các ngành có liên quan.

Có thể sử dụng mô hình số để xem xét nhanh nhiều phương án, rồi từ đó chọn ra một hoặc một số phương án được coi là tốt nhất để tiến hành thí nghiệm mô hình vật lý nhằm giảm bớt chi phí thí nghiệm.

5.4.10  Khi xây dựng những công trình lấy nước, dẫn nước có khả năng phát sinh hiện tượng các bề mặt tiếp xúc với dòng chảy bị các sinh vật (hàu, sò, rong rêu,...) bao phủ thì phải dự kiến các biện pháp chống lại các hiện tượng đó (clo hóa, xói rửa bằng nước nóng, hoặc sơn bằng loại sơn đặc biệt,...).

5.4.11  Trong trường hợp hàm lượng và kích thước hạt bùn cát trong nước nguồn không đảm bảo yêu cầu làm việc của máy bơm (các hạt có đường kính ≥ 0,2 mm) thì phải bố trí bể lắng cát ở đầu mối lấy nước hoặc trên kênh dẫn nước.

Nếu có yêu cầu làm giảm bớt lượng bùn cát thì cần xây dựng bể lắng cát. Vận tốc dòng chảy trong bể lắng cát thường lấy từ 0,15 m/s ÷ 0,3 m/s đối với trạm bơm cấp nước vào hệ thống tưới bằng kênh hở; và từ 0,02 m/s ÷ 0,07 m/s đối với trạm bơm cấp nước vào hệ thống tưới bằng đường ống.

Nên lợi dụng tối đa việc thau rửa bể lắng cát bằng thủy lực.

5.4.12  Không xây dựng các công trình ở trong vùng có nguy cơ sạt lở đất (có dòng đất đá do mưa lớn gây ra) nếu chưa thực hiện những biện pháp bảo vệ mái dốc địa hình.

5.4.13  Để bảo vệ nhà máy bơm và các công trình của trạm bơm đầu mối, cần dự kiến trường hợp các công trình có thế năng lớn (ống đẩy có áp suất lớn, bể xả đặt cao,...) bị sự cố (đổ, vỡ,...), từ đó đưa ra giải pháp ngăn ngừa tác động nguy hại của dòng chảy tập trung làm xói lở, phá hủy công trình.

6  Xác định các đặc trưng lưu lượng và cột nước của trạm bơm

6.1  Các lưu lượng đặc trưng của trạm bơm

6.1.1  Lưu lượng thiết kế của trạm bơm

Lưu lượng thiết kế của trạm bơm Q_tr.TK là lưu lượng mà trạm bơm phải cung cấp ứng với mức đảm bảo quy định; cụ thể như sau:

a) Đối với trạm bơm cấp nước: Q_tr.TK được chọn là trị số lớn nhất (hoặc gần lớn nhất) trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối trạm bơm Q_tr.yc= f(t) trong chu kỳ làm việc của trạm bơm ứng với tần suất đảm bảo nếu trị số này có tổng thời gian xuất hiện liên tục t_a đủ dài (t_a ≥ 20 ngày) theo quy định ở 8.3.3, TCVN 4118.

b) Đối với trạm bơm thoát nước: Q_tr.TK = Q_x.max, trong đó Q_x.max là lưu lượng trung bình lớn nhất trong quãng thời gian liên tục x trên biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu tiêu tại đầu mối Q_tr.yc= f(t); lấy x = 1 ngày (24 h) đối với đất nông nghiệp, x = (1 ÷ 2) h đối với đất đô thị và đất công nghiệp.

c) Đối với các trạm bơm khác: Q_tr.TK được xác định theo các tiêu chuẩn có liên quan.

6.1.2  Lưu lượng lớn nhất của trạm bơm

Lưu lượng lớn nhất của trạm bơm Q_tr.max được xác định như sau:

a) Đối với trạm bơm cấp nước: Q_tr.max là trị số lớn nhất trong hai trị số sau (theo 8.3.5, TCVN 4118):

- Trị số số lớn nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối trạm bơm Q_tr.yc= f(t) trong chu kỳ làm việc của trạm bơm ứng với tần suất đảm bảo; nếu trị số này lớn hơn Q_tr.TK nêu ở 6.1.1.

- Trị số được tính theo công thức:

Q_tr.max = K_Q x Q_tk

trong đó: K_Q là hệ số bất thường, phụ thuộc vào trị số của Q_tr.TK, được xác định như sau:

Q_tr.TK < 1 m³/s:               K_Q = 1,20 ÷ 1,30;

Q_tr.TK = (1 ÷ 10)m³/s:       K_Q = 1,15 ÷ 1,20;

Q_tr.TK >10 m³/s:              K_Q = 1,10 ÷ 1,15.

b) Đối với trạm bơm thoát nước: Q_tr.max được lấy bằng lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

c) Đối với các trạm bơm khác: Q_tr.max được xác định theo các tiêu chuẩn có liên quan.

6.1.3  Lưu lượng nhỏ nhất của trạm bơm

Lưu lượng nhỏ nhất của trạm bơm Q_tr.min được xác định như sau:

a) Đối với trạm bơm cấp nước: Q_tr.min được chọn là trị số nhỏ nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối trạm bơm Q_tr.yc = f(t) trong chu kỳ làm việc của trạm bơm ứng với tần suất đảm bảo.

b) Đối với trạm bơm thoát nước: Q_tr.min được chọn là trị số nhỏ nhất trong biểu đồ tổng hợp lưu lượng nước yêu cầu tại đầu mối trạm bơm Q_tr.yc = f(t) trong trận mưa tính toán ứng với tần suất đảm bảo.

c) Đối với các trạm bơm khác: Q_tr.min được xác định theo các tiêu chuẩn có liên quan.

GHI CHÚ: Q_tr.min có thể là lưu lượng ứng với trường hợp trạm bơm chạy với số máy ít nhất theo chế độ vận hành.

6.1.4  Một số yêu cầu khác

- Đối với trạm bơm làm việc trong hệ thống mà ở đó có sự điều tiết nước của các phần tử (như: bể nước, đài nước, ao hồ, vùng trũng, vùng thấm, kênh mương, đường ống, thiết bị hoặc công trình điều chỉnh dòng chảy,...), thì các đặc trưng thủy lực (lưu lượng, mực nước,...) thiết kế của trạm bơm phải được xác định trên cơ sở tính toán thủy lực hệ thống. Tính toán với các kịch bản (mưa, mực nước nguồn,...) và các phương án công trình khác nhau để tìm ra phương án tốt nhất. Nên sử dụng công cụ phần mềm (thủy lực, hoặc thủy lực - thủy văn) thích hợp để mô hình hóa hệ thống và thực hiện các phép tính toán, phân tích.

- Nếu có trường hợp chưa được quy định thì các đặc trưng (lưu lượng, mực nước,...) thiết kế của trạm bơm được xác định thông qua luận chứng kinh tế - kỹ thuật và được cấp quyết định đồng ý.

6.2  Các mực nước đặc trưng của trạm bơm

6.2.1  Các mực nước đặc trưng ở bể hút

6.2.1.1  Mực nước bể hút nhỏ nhất thiết kế

Mực nước bể hút nhỏ nhất thiết kế Z_bh.min.TK là mực nước nhỏ nhất trong chế độ khai thác thiết kế mà trạm bơm cần làm việc và phải đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước: Z_bh.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước ứng với mức đảm bảo phục vụ (tần suất 85% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 75% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV).

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bh.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở công trình dẫn nước tiêu tới trạm bơm. Ngoài ra, mực nước này còn phải xét đến trường hợp cần tiêu nước đệm trong hệ thống kênh tiêu hoặc hồ điều hòa nước (nếu có).

- Đối với trạm bơm cấp nguồn: Z_bh.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 95% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 90% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn nhưng được phép giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 85% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 80% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bh.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, được xác định cụ thể, phù hợp với đặc điểm của nguồn nước đến và đặc điểm của công trình dẫn nước tới trạm bơm.

6.2.1.2  Mực nước bể hút lớn nhất thiết kế

Mực nước bể hút lớn nhất thiết kế Z_bh.max.TK là mực nước lớn nhất trong chế độ khai thác thiết kế mà trạm bơm cần phải làm việc và phải đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước: Z_bh.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước lớn nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 15% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 25% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV. Ngoài ra, đối với trạm bơm đặt trong đê, mực nước này còn được người thiết kế tính toán và đề xuất, đảm bảo sự hợp lý giữa cao trình sàn tầng nổi trên mặt đất của nhà máy bơm và năng lượng bơm.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bh.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước lớn nhất thiết kế ở công trình dẫn nước tiêu tới trạm bơm (với trận mưa lớn có tần suất 10% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 10% ÷ 20% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV), sao cho nước tự chảy được đến bể hút trạm bơm và diện tích cần tiêu được đảm bảo không bị úng ngập.

- Đối với trạm bơm cấp nguồn: Z_bh.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 5% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 10% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn nhưng được phép giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 15% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 20% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bh.max.TK được xác định cụ thể, phù hợp với yêu cầu làm việc đối với trạm bơm và đặc điểm của nguồn nước.

6.2.1.3  Mực nước bể hút nhỏ nhất kiểm tra

Mực nước bể hút nhỏ nhất kiểm tra Z_bh.min.KT là mực nước nhỏ nhất trong chế độ khai thác kiểm tra mà trạm bơm cần làm việc mà không bắt buộc phải cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước: Z_bh.min.KT là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 90% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 80% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV. Với Z_bh.min.KT, trạm bơm phải lấy được 75% lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

Z_bh.min.KT cũng có thể được xác định ứng với mực nước nguồn thấp nhất đã xảy ra; khi đó trạm bơm vẫn đảm bảo lấy được nước; lưu lượng nước lấy được do tư vấn thiết kế đề xuất và cơ quan có thẩm quyền quyết định.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Không quy định mực nước này, tức là Z_bh.min.KT có thể lấy bằng Z_bh.min.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nguồn: Z_bh.min.KT là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 99% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 95% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn nhưng được phép giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 90% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 85% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bh.min.KT là mực nước nhỏ nhất ở bể hút, được xác định cụ thể, phù hợp với đặc điểm của nguồn nước đến và đặc điểm của công trình lấy nước và dẫn nước tới trạm bơm.

6.2.1.4  Mực nước bể hút lớn nhất kiểm tra

Mực nước bể hút lớn nhất kiểm tra Z_bh.max.KT là mực nước lớn nhất trong chế độ khai thác kiểm tra mà trạm bơm cần làm việc mà không bắt buộc phải cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước: Z_bh.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước lớn nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 10% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 20% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV. Ngoài ra, đối với trạm bơm đặt trong đê, mực nước này còn được người thiết kế tính toán và đề xuất, sao cho kết cấu công trình và máy bơm hợp lý, đồng thời tiết kiệm được năng lượng bơm, kể cả trường hợp bố trí công trình lấy nước tự chảy tranh thủ khi mực nước sông cao.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bh.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể hút, có thể xảy ra khi cường độ mưa lớn vượt quá cường độ mưa ứng với tần suất đảm bảo phục vụ. Có thể lấy Z_bh.max.KT là mực nước lớn nhất từng xảy ra trong lịch sử.

- Đối với trạm bơm cấp nguồn: Z_bh.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể hút, có quan hệ với mực nước lớn nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 1% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn hoặc giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 5% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp IV không cho phép gián đoạn nhưng được phép giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 10% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước, tần suất 15% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV cho phép gián đoạn thời gian ngắn và giảm yêu cầu cấp nước.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bh.max.KT được xác định cụ thể, phù hợp với yêu cầu làm việc đối với trạm bơm và đặc điểm của nguồn nước.

6.2.1.5  Mực nước nguồn nhỏ nhất để tính toán ổn định kết cấu công trình, nền móng và sự an toàn làm việc của máy móc thiết bị:

Mực nước này ứng với tần suất 99% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp đặc biệt, tần suất 97% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp I, tần suất 95% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp II và III, tần suất 90% đối với trạm bơm có cấp công trình là cấp IV.

Đối với trạm bơm cấp nước, mực nước này cũng được dùng cho các tính toán: cao trình đặt máy bơm, buồng hút hoặc bể hút, khí thực máy bơm.

6.2.1.6  Ảnh hưởng của rác tới mực nước bể hút

Tổn thất cục bộ do rác tạo ra ở lưới chắn rác của các trạm bơm khá lớn. Mức tổn thất này phải được đánh giá qua khảo sát thực tế và lựa chọn từ (0,3 ÷ 0,6) m tùy thuộc vào lượng rác thường có ở nguồn và trên đường dẫn nước đến trạm bơm.

6.2.2  Các mực nước đặc trưng ở bể xả

6.2.2.1  Mực nước bể xả lớn nhất thiết kế

Mực nước bể xả lớn nhất thiết kế Z_bx.max.TK là mực nước lớn nhất trong chế độ khai thác thiết kế mà trạm bơm cần phải làm việc và phải đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào kênh hở: Z_bx.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể xả, có quan hệ mực nước lớn nhất thiết kế tại đầu kênh xả.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào đường ống tại một điểm nào đó: Z_bx.max.TK là cột nước toàn phần lớn nhất thiết kế tại điểm đó.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bx.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể xả, có quan hệ với mực nước lớn nhất ở nguồn nước trong thời gian cần tiêu ứng với mức đảm bảo phục vụ (tần suất 10% đối với trạm bơm có cấp công trình từ cấp đặc biệt đến cấp III, tần suất 10% ÷ 20% đối với trạm bơm có cấp công trình cấp IV), trạm bơm phải bơm đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK. Cho phép lấy Z_bx.max.TK với mức bảo đảm cao hơn quy định trên nếu được cấp quyết định chấp thuận.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bx.max.TK là mực nước lớn nhất ở bể xả, được xác định cụ thể, phù hợp với đặc điểm thủy văn của nơi nhận nước và công trình xả nước tới nơi nhận nước.

6.2.2.2  Mực nước bể xả nhỏ nhất thiết kế

Mực nước bể xả nhỏ nhất thiết kế Z_bx.min.TK là mực nhỏ nhất trong chế độ khai thác thiết kế mà trạm bơm cần phải làm việc.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào kênh hở: Z_bx.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể xả, có quan hệ mực nước nhỏ nhất thiết kế tại đầu kênh xả, thường là khi trạm bơm làm việc với Q_tr.min.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào đường ống tại một điểm nào đó: Z_bx.min.TK là cột nước toàn phần nhỏ nhất thiết kế tại điểm đó, thường là khi trạm bơm làm việc với Q_tr.min.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bx.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể xả, có quan hệ với mực nước nhỏ nhất ở nguồn nước trong thời gian cần tiêu và đặc tính của công trình xả nước tiêu ra nguồn khi bơm với lưu lượng nhỏ nhất Q_tr.min.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bx.min.TK là mực nước nhỏ nhất ở bể xả, được xác định cụ thể, phù hợp với đặc điểm thủy văn của nơi nhận nước và công trình xả nước tới nơi nhận nước.

6.2.2.3  Mực nước bể xả lớn nhất kiểm tra

Mực nước bể xả lớn nhất kiểm tra Z_bx.max.KT là mực lớn nhất mà trạm bơm có thể làm việc trong chế độ khai thác kiểm tra mà không bắt buộc phải cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_tr.TK.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào kênh hở: Z_bx.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể xả, có quan hệ với mực nước lớn nhất kiểm tra tại đầu kênh xả.

- Đối với trạm bơm cấp nước chuyển nước vào hệ thống đường ống tại một điểm nào đó: Z_bx.max.KT là cột nước toàn phần lớn nhất kiểm tra tại điểm đó.

- Đối với trạm bơm thoát nước: Z_bx.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể xả, có quan hệ với mực nước lớn nhất ở nguồn nước ứng với tần suất 5% và đặc tính của công trình xả nước ra nguồn.

- Đối với trạm bơm khác: Z_bx.max.KT là mực nước lớn nhất ở bể xả, được xác định cụ thể, phù hợp với đặc điểm thủy lực của nơi nhận nước và công trình xả nước tới nơi nhận nước.

6.2.2.4  Mực nước bể xả nhỏ nhất kiểm tra

Không quy định mực nước này, tức là Z_bx.min.KT có thể lấy bằng Z_bx.min.TK.

6.2.3  Xác định các đặc trưng mực nước và lưu lượng cho trạm bơm vùng ảnh hưởng triều

- Đối với trạm bơm tiêu kết hợp tiêu tự chảy tại vùng ảnh hưởng triều, chọn mô hình triều tiêu (tự chảy) thiết kế là trung bình các chân triều cao trong thời đoạn tiêu.

- Đối với trạm bơm tưới kết hợp với tưới tự chảy tại vùng ảnh hưởng triều, chọn mô hình triều tưới (tự chảy) thiết kế là trung bình các đỉnh triều thấp trong thời đoạn tưới.

6.3  Các cột nước địa hình đặc trưng của trạm bơm

6.3.1  Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế

Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế H_đh.max.TK là chênh lệch giữa mực nước bể xả lớn nhất thiết kế và mực nước bể hút nhỏ nhất thiết kế ứng với mức đảm bảo phục vụ:

Với cột nước này máy bơm phải bơm đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.3.2  Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế

Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế H_đh.min.TK là chênh lệch giữa mực nước bể xả nhỏ nhất thiết kế và mực nước bể hút lớn nhất thiết kế:

Với cột nước này máy bơm phải bơm đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.3.3  Cột nước địa hình trung bình thiết kế

Cột nước địa hình trung bình thiết kế H_đh.tb.TK là cột nước địa hình mà trạm bơm thường xuyên phải làm việc trong một chu kỳ bơm ứng với tần suất thiết kế.

Với cột nước này máy bơm phải bơm đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

Xác định H_đh.tb.TK theo các phương pháp sau:

- Theo phương pháp bình quân gia quyền với trọng số là lượng nước bơm (khi lưu lượng và thời gian làm việc của trạm bơm thay đổi lớn giữa các thời đoạn):

trong đó:

i - Số thứ tự thời đoạn làm việc của trạm bơm, mà trong thời đoạn đó, lưu lượng Q và cột nước địa hình h là không đổi;

n - Số thời đoạn;

Q_i - Lưu lượng yêu cầu của trạm bơm trong thời đoạn thứ i, m³/s;

h_i - Cột nước địa hình trong thời đoạn thứ i, m;

t_i - Thời gian làm việc của trạm bơm trong thời đoạn thứ i, h.

Trong tính toán H_đh.tb.TK, nên lập bảng như Bảng 1.

Bảng 1 - Bảng thống kê và tính toán cột nước địa hình trung bình thiết kế

- Theo phương pháp bình quân gia quyền với trọng số là thời gian bơm (khi lưu lượng làm việc của trạm bơm thay đổi ít, nhưng thời gian làm việc thay đổi nhiều giữa các thời đoạn):

- Theo phương pháp bình quân số học (trạm bơm nhỏ và lưu lượng và thời gian làm việc của trạm bơm thay đổi không nhiều giữa các thời đoạn):

- Theo phương pháp bình quân đơn giản:

Z_bx.tb.TK - Mực nước bể xả trung bình đơn giản:

Z_bh.tb.TK - Mực nước bể hút trung bình đơn giản:

hoặc theo công thức:

trong đó:

H_đh.max.TK - Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế (xem 6.2.1);

H_đh.min.TK - Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế (xem 6.2.2).

6.3.4  Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra

Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra H_đh.max.KT là chênh lệch giữa mực nước bể xả lớn nhất kiểm tra và mực nước bể hút nhỏ nhất kiểm tra.

Với cột nước này, máy bơm không bắt buộc phải đảm bảo đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.3.5  Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra

Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra H_đh.min.KT là chênh lệch giữa mực nước bể xả nhỏ nhất kiểm tra và mực nước bể hút lớn nhất kiểm tra.

Với cột nước này, máy bơm không bắt buộc phải đảm bảo đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.4  Cột nước tổn thất đường ống và cột nước bơm yêu cầu

6.4.1  Cột nước tổn thất đường ống

6.4.1.1  Cột nước tổn thất đường ống h_tt là tổng tổn thất cột nước thủy lực trên đường ống hút và trên đường ống đẩy của máy bơm, được tính theo công thức:

trong đó:

h_tt.h - Cột nước tổn thất trên đường ống hút, m;

h_tt.đ - Cột nước tổn thất trên đường ống đẩy, m;

Σh_d - Cột nước tổn thất dọc đường theo chiều dài ống hút và ống đẩy, m;

Σh_c - Cột nước tổn thất cục bộ trên ống hút và ống đẩy, m.

6.4.1.2  Ban đầu, do chưa xác định máy bơm và các thiết bị, ống hút và ống đẩy, cột nước tổn thất sơ bộ lấy theo kinh nghiệm:

h_d = (2 ÷ 3) m trên 1 km chiều dài đường ống;

h_c = (0,75 ÷ 1,0) m đối với trạm bơm lấy nước từ kênh hoặc từ hồ chứa và trạm bơm thoát nước ra kênh hoặc hồ chứa;

Σh_c = (1,0 ÷ 1,5) m đối với trạm bơm lấy nước từ sông và trạm bơm thoát nước ra sông;

Σh_c = (1,5 ÷ 2,0) m đối với trạm bơm có hệ thống đường ống nối ghép chung giữa các máy bơm.

Hoặc có thể sơ bộ xác định lưu lượng thiết kế, đường kính (tham khảo Bảng D.1 và Bảng D.2), chiều dài, hình dạng tuyến, bố trí phụ tùng và thiết bị trên đường ống, rồi để từ đó tính toán ra h_tt.

6.4.2  Cột nước bơm yêu cầu

6.4.2.1  Sơ bộ tính cột nước bơm yêu cầu H₀ theo công thức:

H₀ = H_đh.tb.TK + h_tt

với h_tt đã sơ bộ xác định ở trên (xem 6.4.1.2).

6.4.2.2  Xác định đường quan hệ cột nước bơm yêu cầu H₀ theo lưu lượng bơm Q

Với cột nước bơm yêu cầu H₀ được sơ bộ tính toán và với lưu lượng thiết kế trạm bơm Q_tr.TK (xem 6.1.1), sơ bộ xác định số máy và chọn máy bơm; sau đó sơ bộ thiết kế đường ống. Từ đó tính toán lại h_tt và H₀ để xác định các thông số làm việc của máy bơm và chọn lại máy bơm cho đến khi phù hợp.

Công thức chung để tính toán cột nước bơm yêu cầu H₀:

trong đó:

Q - Lưu lượng chảy qua máy bơm và đường ống, m³/s;

S - Hệ số, phụ thuộc chất lỏng, đường kính ống, đặc tính ống và các thiết bị trên đường ống.

Phải sử dụng lý thuyết về điểm làm việc của máy bơm để xác định các cột nước bơm đặc trưng (khi đã sơ bộ chọn bơm và đường ống) như dưới đây (xem 6.5).

6.5  Các cột nước bơm đặc trưng

6.5.1  Cột nước bơm trung bình thiết kế

Cột nước bơm trung bình thiết kế (cũng là cột nước mà máy bơm thường xuyên làm việc), được tính theo công thức:

trong đó:

H_đh.tb.TK - Cột nước địa hình trung bình thiết kế (xem 6.3.3), m;

h_tt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với H_đh = H_đh.tb.TK, m.

Với H_tb.TK, máy bơm làm việc ở vùng hiệu suất cao nhất trên đường đặc tính.

6.5.2  Cột nước bơm lớn nhất thiết kế

trong đó:

H_đh.max.TK - Cột nước địa hình lớn nhất thiết kế (xem 6.3.1), m;

h_tt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với H_đh = H_đh.max.TK, m.

Với H_max.TK, máy bơm phải cung cấp đủ lưu lượng Q_b = Q_b.TK, trong đó Q_b.TK đã được xác định (xem 7.1.3.2), và làm việc ở vùng có hiệu suất cao trên đường đặc tính.

6.5.3  Cột nước bơm nhỏ nhất thiết kế

trong đó:

H_đh.min.TK - Cột nước địa hình nhỏ nhất thiết kế (xem 6.3.2), m;

h_tt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với H_đh = H_đh.min.TK, m.

Với H_min.TK, máy bơm làm việc ở vùng có hiệu suất cao trên đường đặc tính.

6.5.4  Cột nước bơm lớn nhất kiểm tra

trong đó:

H_đh.max.KT - Cột nước địa hình lớn nhất kiểm tra (xem 6.3.4), m;

h_tt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với H_đh = H_đh.max.KT, m.

Với H_max.KT, máy bơm không bắt buộc phải cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.5.5  Cột nước bơm nhỏ nhất kiểm tra

H_đh.min.KT - Cột nước địa hình nhỏ nhất kiểm tra (xem 6.3.5), m;

h_tt - Cột nước tổn thất trên đường ống ứng với H_đh= H_đh.min.KT, m.

Với H_min.KT, máy bơm không bắt buộc phải cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK.

6.5.6  Các yêu cầu khác khi xác định các cột nước máy bơm đặc trưng:

Cần sử dụng thông số và đường đặc tính của 2 đến 3 máy bơm sẵn có của một số nhà sản xuất để mượn làm mẫu cho việc tính toán thiết kế, trong đó có việc xác định các cột nước đặc trưng trên đây.

Các thông số: lưu lượng bơm Q_b, cột nước bơm H_b, cột nước tổn thất đường ống h_tt (xem từ 6.5.1 đến 6.5.5) phải được xác định thông qua việc tìm điểm làm việc của máy bơm mượn làm mẫu.

7  Chọn máy bơm và động cơ

7.1  Chọn máy bơm

7.1.1  Các loại máy bơm nước

Trong các loại máy bơm nước, máy bơm cánh quạt được sử dụng phổ biến nhất. Để thuận lợi cho công tác thiết kế trạm bơm, máy bơm cánh quạt được phân loại như sau:

a) Theo nguyên lý tác dụng:

- Máy bơm ly tâm, gồm: bơm ly tâm một cửa hút, bơm ly tâm hai cửa hút, bơm ly tâm nhiều cấp;

- Máy bơm hướng trục, gồm: bơm hướng trục cánh quạt cố định, bơm hướng trục cánh quạt xoay được;

- Máy bơm hỗn lưu (còn gọi là bơm hướng chéo).

b) Theo đặc điểm của đĩa bánh xe cánh quạt:

- Máy bơm có bánh xe cánh quạt kín;

- Máy bơm có bánh xe cánh quạt hở;

- Máy bơm có bánh xe cánh quạt chống tắc rác.

c) Theo đặc điểm buồng máy bơm:

- Máy bơm buồng kim loại;

- Máy bơm buồng xoắn bê tông.

d) Theo phương đặt trục máy bơm:

- Máy bơm trục ngang;

- Máy bơm trục đứng;

- Máy bơm trục xiên.

e) Theo vị trí đặt động cơ kéo máy bơm so với mặt nước:

- Máy bơm có động cơ đặt trên khô;

- Máy bơm có động cơ điện đặt ngập trong nước (còn gọi là máy bơm chìm);

- Máy bơm có động cơ điện đặt ngập trong nước và di động trên mái dốc (còn gọi là máy bơm chìm xiên).

f) Phân loại máy bơm theo cỡ máy

Theo lưu lượng định mức của máy bơm Q_b và công suất định mức của động cơ kéo máy bơm N_đc như sau:

- Máy bơm nhỏ: Q_b < 0,3 m³/s và N_đc < 150 kW;

- Máy bơm vừa: 0,3 m³/s ≤ Q_b < 2 m³/s, hoặc Q_b < 0,3 m³/s nhưng N_đc ≥ 150 kW;

- Máy bơm lớn: 2 m³/s ≤ Q_b < 10 m³/s, hoặc Q_b < 2 m³/s nhưng N_đc ≥ 500 kW;

- Máy bơm rất lớn: 10 m³/s ≤ Q_b < 20 m³/s, hoặc Q_b < 10 m³/s nhưng N_đc ≥ 1200 kW;

- Máy bơm đặc biệt lớn: Q_b ≥ 20 m³/s, hoặc Q_b < 20 m³/s nhưng N_đc ≥ 2000 kW,

trong đó:

Q_b - Lưu lượng định mức của máy bơm;

N_đc - Công suất định mức của động cơ kéo máy bơm.

7.1.2  Chọn số máy bơm

7.1.2.1  Số tổ máy phải phù hợp với biểu đồ nhu cầu nước. Số tổ máy lắp trong trạm bơm lấy từ 2 đến 8, tốt nhất là từ 3 đến 5.

7.1.2.2  Số máy lắp trong trạm bơm có thể lớn hơn 8 nếu gặp một trong các trường hợp sau:

- Không có loại máy bơm nào có lưu lượng đủ lớn để đáp ứng yêu cầu số máy lắp trong trạm bơm ≤ 8 theo 7.1.2.1.

- Trạm bơm được phân kỳ xây dựng thành nhiều giai đoạn mà các giai đoạn cách nhau từ 5 năm trở lên;

- Các tính toán kinh tế - kỹ thuật khẳng định sự hợp lý của việc chọn nhiều tổ máy hơn;

- Trạm bơm đặt các máy bơm có cột nước khác nhau (trạm bơm tưới cho các khu vực khác nhau; trạm bơm tưới tiêu kết hợp; trạm bơm cấp nước sinh hoạt, chữa cháy, rửa lọc trong trạm cấp nước,...).

7.1.2.3  Số máy bơm dự phòng

a) Đối với đối tượng phục vụ cho phép gián đoạn thời gian ngắn hoặc giảm lưu lượng yêu cầu, không quy định máy bơm dự phòng.

b) Đối với đối tượng phục vụ không cho phép gián đoạn hoặc giảm lưu lượng yêu cầu thì bố trí máy bơm dự phòng; số máy dự phòng là 1 đối với trạm bơm có tổng số máy đến 8, là 1 ÷ 2 đối với trạm bơm có tổng số máy từ 9 máy trở lên.

c) Đối với trạm bơm làm việc trong các điều kiện khó khăn, ảnh hưởng tới độ tin cậy làm việc của máy bơm và thiết bị (như: môi trường có tính ăn mòn cao, hoặc hàm lượng bùn cát thô trong nước lớn, số lần khởi động máy bơm nhiều, v.v...) thì bố trí máy bơm dự phòng; số máy dự phòng là 1 ÷ 2 đối với trạm bơm có tổng số máy đến 8, là 2 ÷ 3 đối với trạm bơm có tổng số máy từ 9 máy trở lên.

d) Trạm bơm kết hợp phục vụ ngành khác, số máy dự phòng cần tuân theo quy định của ngành đó.

7.1.2.4  Số máy trong trạm bơm có thể được chọn bằng 1 nếu gặp một trong các trường hợp sau:

- Các trạm bơm cấp nước tưới có lưu lượng nhỏ hơn 0,3 m³/s và công suất nhỏ ≤ 33 kW;

- Khi có luận chứng riêng rằng việc đặt 1 máy là hợp lý.

Khi chọn số máy lắp trong trạm là 1, trong kho của khu trạm bơm nên có 1 tổ máy dự phòng để có thể lắp đặt thay thế nhanh trong trường hợp cần thiết.

7.1.2.5  Khi cần bố trí ống đẩy chung, số máy bơm trong trạm bơm nên là bội số của 2 hoặc 3 để dễ dàng hợp nhất các ống đẩy.

7.1.3  Chọn máy bơm

7.1.3.1  Yêu cầu đối với máy bơm

Máy bơm được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Bảo đảm cung cấp đủ lưu lượng thiết kế Q_b.TK khi làm việc với các cột nước thiết kế;

- Có hiệu suất cao trong phạm vi làm việc yêu cầu;

- Khả năng chống khí thực tốt (tức là, đường đặc tính [H_ck] cao, hay đường đặc tính [Δh] thấp, hay đường đặc tính NPSHr thấp) trong phạm vi làm việc yêu cầu và máy bơm không bị khí thực;

- Động cơ đi kèm không bị quả tải trong phạm vi làm việc yêu cầu;

- Có độ tin cậy làm việc cao;

- Thuận tiện cho việc mua sắm, vận chuyển, lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng, thay thế linh kiện.

7.1.3.2  Cách chọn máy bơm

Từ lưu lượng thiết kế trạm bơm Q_tr.TK và số máy bơm làm việc n, tính được lưu lượng yêu cầu đối với một máy bơm Q_b.tk:

Có lưu lượng Q_b.TK và các cột nước bơm đặc trưng (H_tb.TK, H_max.TK, H_min.TK), dựa vào tài liệu sản phẩm máy bơm của các nhà sản xuất, tiến hành chọn máy bơm.

Trường hợp đặc biệt, nếu không chọn được máy bơm nào thỏa mãn điểm làm việc yêu cầu, thì áp dụng luật tương tự (luật đồng dạng) để thay đổi vòng quay hoặc giảm đường kính bánh xe cánh quạt (chỉ áp dụng đối với máy bơm ly tâm) sao cho máy bơm mới thỏa mãn yêu cầu.

Đối với các trạm bơm có lưu lượng yêu cầu và cột nước yêu cầu thay đổi lớn, có thể dùng các máy bơm lớn nhỏ khác nhau trong cùng một trạm bơm.

7.1.3.3  Chọn máy bơm phải kết hợp chặt chẽ với chọn số máy bơm, kết cấu công trình trạm và các vấn đề liên quan khác, sao cho có được phương án tốt nhất về kỹ thuật và kinh tế.

7.1.3.4  Sau khi đã xác định được lưu lượng yêu cầu một máy bơm Q_b.TK và các cột nước bơm đặc trưng, cần tập hợp thành bảng các thông số yêu cầu chọn máy bơm (xem Bảng 2) để phục vụ cho việc mua sắm máy bơm và thiết bị.

Bảng 2 - Thống kê các thông số yêu cầu để chọn máy bơm

CHÚ THÍCH 1: Tại H_min.KT và H_max.KT máy bơm không bắt buộc phải cung cấp đủ lưu lượng thiết kế trạm Q_tr.TK và phải có biện pháp đảm bảo các thiết bị thủy động lực không bị hư hại (không bị khí thực, không bị quá tải).

CHÚ THÍCH 2: n - Số máy bơm trong trạm bơm, chưa kể máy bơm dự phòng.

CHÚ THÍCH 3: Khi có các phương án máy bơm khác loại máy (như máy bơm dùng động cơ khô và bơm chìm) được đưa vào xem xét, cần thống nhất vị trí mặt cắt vào của máy bơm (nơi máy bơm nối với ống hút) và vị trí mặt cắt ra của máy bơm (nơi máy bơm nối với ống đẩy) trong việc xác định các thông số làm việc (Q, H, η,…) của máy bơm để quy đổi về một mặt bằng khi so sánh thông số, đặc tính của máy bơm.

CHÚ THÍCH 4: Hiệu suất bơm η là tích số của hiệu suất ma sát thủy lực η_tl, hiệu suất xung kích thủy lực η_xk và hiệu suất cơ khí η_ck của máy bơm, tính từ cửa vào đến cửa ra của máy bơm (η = η_tlxη_xkxη_ck).

7.2  Chọn động cơ kéo máy bơm

7.2.1  Yêu cầu chung về động cơ kéo máy bơm

7.2.1.1  Đối với trạm bơm, chi phí năng lượng thường là lớn nhất trong các loại chi phí quản lý, cho nên phải chú ý đến vấn đề tiết kiệm năng lượng và phải chọn động cơ hợp lý để phát huy hết công suất.

7.2.1.2  Chọn động cơ phải chú ý tới các điều kiện khởi động và làm việc của động cơ. Khi khởi động, động cơ không gây ảnh hưởng đến các hộ dùng điện khác.

7.2.1.3  Động cơ phải đảm bảo phối hợp làm việc với máy bơm hiệu quả, có thể trợ giúp bảo vệ máy bơm và các thiết bị cơ khí khác khi làm việc bình thường, cũng như khi khởi động và khi dừng máy.

7.2.1.4  Một số trường hợp, cần có động cơ thích hợp cho việc thay đổi số vòng quay để điều chỉnh trạng thái làm việc của máy bơm.

7.2.1.5  Động cơ phải có kiểu trục phù hợp với trục máy bơm, tạo sự thuận lợi cho việc kết nối giữa động cơ với máy bơm.

7.2.1.6  Thiết bị truyền động từ động cơ sang máy bơm phải có hiệu suất truyền động cao, trợ giúp bảo vệ động cơ và máy bơm. Trong những trường hợp cần thiết, thiết bị truyền động có thể làm nhiệm vụ điều chỉnh số vòng quay của máy bơm.

7.2.1.7  Cần xét đến mọi trường hợp quá tải có thể xảy ra, nhất là ở các trạm bơm có mực nước thượng, hạ lưu thay đổi nhiều, hoặc các trạm bơm có đường ống đẩy kiểu xi phông.

7.2.2  Các loại động cơ sử dụng kéo máy bơm

7.2.2.1  Động cơ điện

Hầu hết các trạm bơm cấp, thoát nước đều sử dụng động cơ điện; trong đó, động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc được sử dụng rộng rãi nhất. Tùy theo công suất định mức, cấp điện áp của động cơ điện không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc dùng trong trạm bơm thường được chọn như sau:

N_đc < 200 kW: thường dùng điện áp 380 V;

N_đc = 200 kW ÷ 400 kW: có thể dùng điện áp 380 V hoặc 6 kV;

N_đc = 400 kW ÷ 1000 kW: nên dùng điện áp 6 kV;

N_đc = 1000 kw ÷ 2000 kW: có thể dùng điện áp 6 kV hoặc 10 kV;

N_đc > 2000 kW: nên dùng điện áp 10 kV.

7.2.2.2  Động cơ đốt trong

Động cơ đốt trong được sử dụng khi nguồn điện quá xa trạm bơm, trạm bơm hoạt động không thường xuyên, trạm bơm lưu động,... và khi dùng động cơ đốt trong là kinh tế hơn so với động cơ điện.

7.2.3  Xác định công suất động điện kéo máy bơm

7.2.3.1  Tính công suất yêu cầu động cơ

Công suất yêu cầu lớn nhất đối với với động cơ kéo máy bơm được tính theo công thức:

trong đó:

Q_b, H_b, η_b - Lưu lượng bơm, m³/s, cột nước bơm, m, và hiệu suất bơm tại điểm làm việc cho công suất trục bơm là lớn nhất trong phạm vi cột nước yêu cầu (xem Bảng 2), được xác định thông qua việc tìm điểm làm việc của máy bơm.

η_td - Hiệu suất truyền động, xác định theo thông số kỹ thuật của thiết bị truyền động;

γ - Trọng lượng riêng của chất lỏng đi qua máy bơm, N/m³;

K - Hệ số dự trữ công suất để đảm bảo an toàn và có tính đến các tổn thất bất thường có thể xảy ra (xem Bảng 3).

Bảng 3 - Hệ số dự trữ công suất K

Với chất lỏng là nước ở nhiệt độ bình thường, γ ≈ 9810 N/m³ và dùng đơn vị đo công suất là kW thì công thức (20) được viết thành:

7.2.3.2  Điều chỉnh công suất động điện cơ theo nhiệt độ

Khi nhiệt độ môi trường vượt quá nhiệt độ làm việc bình thường, cần điều chỉnh công suất định mức thực tế của động cơ theo đề nghị của nhà chế tạo. Trong tính toán sơ bộ, có thể nhân công suất định mức với hệ số điều chỉnh nhiệt độ K_t như sau đây (xem Bảng 4).

Bảng 4 - Hệ số nhiệt độ K_t

7.2.4  Chọn động cơ điện

Dựa vào tài liệu về thông số kỹ thuật động cơ của các nhà sản xuất, tiến hành chọn động cơ, sao cho:

- Động cơ có kết cấu trục phù hợp với máy bơm;

- Công suất định mức của động cơ phải bằng hoặc lớn hơn công suất yêu cầu lớn nhất: N_đc ≥ N^yc_max;

- Số vòng quay định mức của động cơ n_đc bằng số vòng quay định mức của máy bơm n_b, hoặc nếu có sai khác thì sai số không vượt quá mức cho phép (thường lấy là 3%):

Với các máy bơm có số vòng quay n_b < 500 r/min và công suất động cơ N_đc > 200 kW, nên chọn động cơ có số vòng quay n_đc > 1000 r/min kèm theo hộp giảm tốc để giảm kích thước và trọng lượng của động cơ.

Đối với các máy bơm đã có động cơ đi kèm, cần kiểm tra động cơ theo điều kiện:

8  Khí thực máy bơm và xác định cao trình đặt máy

8.1  Hiện tượng khí thực, độ cao đặt máy và cao trình đặt máy

8.1.1  Khi thiết kế trạm bơm, cần đảm bảo máy bơm không bị khí thực trong phạm vi cột nước làm việc yêu cầu.

8.1.2  Độ cao đặt máy

Để ngăn ngừa hiện tượng khí thực, độ cao đặt máy (còn gọi là độ cao hút nước địa hình) h_s tính từ mặt thoáng bể hút tới điểm tính toán không được vượt quá độ cao hút nước cho phép [h_s]:

Khi tính toán h_s theo độ cao chân không cho phép [H_ck] hoặc theo độ dự trữ khí thực cho phép [Δh] thì điểm tính toán là điểm trung tâm bánh xe cánh quạt của máy bơm (xem Hình 1).

Khi tính toán h_s theo cột nước hút thực dương cho phép NPSHr (Required net positive suction head) thì điểm tính toán là tâm của tiết diện s-s ngay ở mép vào cánh quạt (xem Hình 2).

Đối với máy bơm trục ngang thì điểm tính toán nằm trên tuyến tâm trục máy bơm.

Quy ước rằng, h_s dương khi điểm tính toán nằm trên mực nước bể hút, ngược lại h_s âm khi điểm tính toán nằm dưới mực nước bể hút.

Hình 1 - Điểm tính toán khi xác định độ cao mặt máy theo [H_ck] hoặc [Δh]

Hình 2 - Điểm tính toán khi xác định độ cao đặt máy theo NPSH

8.1.3  Cao trình đặt máy

Để an toàn về khí thực, cao trình đặt máy Z_đm được xác định theo điều kiện:

trong đó:

Z_bh.tt - Cao trình mực nước bể hút tính toán so với mặt chuẩn, m;

[h_s] - Độ cao đặt máy cho phép, m, xác định theo điều kiện đảm bảo an toàn khí thực cho máy bơm.

8.2  Xác định độ cao đặt máy theo điều kiện chống khí thực

8.2.1  Xác định độ cao đặt máy theo độ cao chân không cho phép

Công thức xác định:

trong đó:

[H_ck] - Độ cao chân không cho phép, m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét;

H_a - Cột nước áp suất khí trời tại mặt thoáng bể hút, m;

H_bh - Cột nước áp suất bốc hơi của chất lỏng đi qua máy, m, phụ thuộc nhiệt độ (xem Bảng A.2);

v_v - Vận tốc dòng chảy tại mặt cắt cửa vào máy bơm, m/s;

h_tt.oh - Tổn thất thủy lực trên đường ống hút tính từ mặt thoáng bể hút tới cửa vào máy bơm, m;

g - Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s²;

S - Độ cao an toàn tăng thêm, lấy S = (0,5 ÷ 1,0) m.

Cột nước áp suất khí trời H_a, phụ thuộc cao trình mặt thoáng bể hút Z_bh, tra ở các bảng có sẵn (xem Bảng A.1), hoặc tính theo công thức gần đúng:

Khi đã chọn cao trình đặt máy, hoặc đối với những trạm bơm đã xây dựng thì cần kiểm tra điều kiện an toàn khí thực theo điều kiện:

với:

trong đó:

_Hck.a - Độ cao chân không đang có của hệ thống, m;

[H_ck] - Độ cao chân không cho phép, m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét;

Z_đm.a - Cao trình đặt máy đã chọn, m;

Z_bh.a - Mực nước bể hút đang xét, m;

Các ký hiệu khác đã được giải thích ở trên (xem 8.2.1).

8.2.2  Xác định độ cao đặt máy theo độ cao dự trữ khí thực cho phép

Công thức xác định:

trong đó:

[Δh] - Độ cao dự trữ khí thực cho phép, m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét;

H_a, H_bh, h_tt.oh - Đã được giải thích ở trên (xem 8.2.1).

Khi đã chọn cao trình đặt máy, hoặc đối với những trạm bơm đã xây dựng thì cần kiểm tra an toàn khí thực theo điều kiện:

với

trong đó:

Δh_a - Độ cao dự trữ khí thực đang có của hệ thống, m;

[Δh] - Độ cao dự trữ khí thực cho phép, m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét;

Các ký hiệu khác đã được giải thích ở trên (xem 8.2.1).

8.2.3  Xác định độ cao đặt máy theo cột nước hút thực dương cho phép

Công thức xác định:

trong đó:

NPSHr - Cột nước hút thực dương cho phép (yêu cầu), m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét;

H_a, H_bh, h_tt.oh - Đã được giải thích ở trên (xem 8.2.1).

Khi đã chọn cao trình đặt máy, hoặc đối với những trạm bơm đã xây dựng thì cần kiểm tra điều kiện an toàn khí thực theo điều kiện:

với:

trong đó:

NPSHa - Cột nước hút thực dương đang có của hệ thống, m;

NPSHr - Cột nước hút thực dương cho phép, m, tra trên đường đặc tính của máy bơm ứng với điểm làm việc đang xét.

Các ký hiệu khác đã được giải thích như ở trên (xem 8.2.1).

9  Nhà máy bơm

9.1  Các loại nhà máy bơm

9.1.1  Xác định hình dạng và kết cấu của nhà máy bơm phải dựa vào các yếu tố sau:

- Hình dạng, kích thước và các đặc điểm khác của máy bơm và động cơ kéo máy bơm;

- Đặc điểm của nguồn nước;

- Điều kiện địa hình, địa chất nơi đặt trạm;

- Điều kiện khí hậu;

- Vật liệu xây dựng, v.v...

9.1.2  Chọn loại nhà máy bơm

Khi thiết kế trạm bơm, cần phân tích để chọn loại nhà máy bơm phù hợp trong các loại cơ bản sau đây:

- Nhà máy bơm kiểu khối tảng;

- Nhà máy bơm kiểu buồng xoắn bê tông;

- Nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt chìm;

- Nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt khô;

- Nhà máy bơm kiểu buồng khô;

- Nhà máy bơm kiểu móng tách rời;

- Nhà máy bơm lắp máy bơm chìm;

- Nhà máy bơm của trạm bơm di động (trên ray, trên xe cơ giới);

- Nhà máy bơm của trạm bơm nổi (trạm bơm thuyền, trạm bơm phao);

Ngoài ra, còn có các kiểu nhà máy bơm: lắp máy bơm bơm trục vít, lắp máy bơm trục xiên, lắp máy bơm trên cánh van, v.v...

Ở các bảng và hình vẽ minh họa sau đây trình bày hình dạng của một số loại, kiểu nhà máy bơm chủ yếu có liên quan chặt chẽ với loại máy bơm.

Bảng 5 - Hình dạng một số trạm bơm có Q_tr > 1 m³/s

Bảng 6 - Hình dạng một số trạm bơm có Q_tr ≤ 1 m³/s

Hình 3 - Sơ đồ kết cấu các loại nhà máy bơm

Hình 4 - Sơ đồ kết cấu các loại trạm bơm

Hình 5 - Sơ đồ kết cấu các loại trạm bơm

Hình 6 - Sơ đồ kết cấu các loại trạm bơm

Hình 7 - Sơ đồ kết cấu các loại trạm bơm

9.2  Yêu cầu chung về kích thước nhà máy bơm

9.2.1  Đối với các trạm bơm cố định

9.2.1.1  Xác định kích thước của nhà máy bơm dựa vào kích thước và đặc điểm của các thiết bị đặt trong nhà máy; đồng thời, còn căn cứ vào điều kiện địa hình, mực nước thấp nhất và lớn nhất ở hai phía thượng và hạ lưu và các điều kiện có liên quan khác.

9.2.1.2  Thiết kế nhà đặt máy bơm phải đảm bảo điều kiện làm việc an toàn và thuận lợi cho công tác quản lý; có sàn lắp ráp, sửa chữa và sàn bố trí các thiết bị phục vụ công tác quản lý với diện tích mặt bằng phù hợp; có hệ thống thông gió và chiếu sáng phù hợp; có không gian để bố trí thiết bị phòng cháy và chữa cháy, có các hành lang và cầu thang để nối liên thông giữa các tầng của nhà máy; có giải pháp vận chuyển máy móc, thiết bị phù hợp; có rãnh thu nước, giếng tập trung nước và lắp đặt thiết bị bơm phù hợp để tiêu nước rò rỉ vào trong nhà máy.

9.2.1.3  Chiều cao đặt thiết bị nâng chuyền phải tính đến kích thước của các thiết bị cần vận chuyển với khoảng cách an toàn được đảm bảo. Trường hợp di chuyển vật nặng bằng cáp treo mềm thì chiều cao an toàn trên các vật tĩnh lấy từ 0,5 m đến 0,7 m; còn trường hợp di chuyển bằng thanh treo cứng thì chiều cao an toàn đó lấy từ 0,25 m đến 0,35 m. Khoảng cách an toàn từ vật nâng tới các vật cố định phía bên cạnh đường di chuyển không được nhỏ hơn 0,30 m.

Khi nâng các trục của máy bơm trục đứng và của động cơ điện phải treo cứng vào móc cầu trục, trong tất cả các trường hợp khác bằng dây cáp mềm; chiều dài của dây cáp treo được xác định theo điều kiện góc treo cáp ≤ 60°.

9.2.1.4  Khoảng cách lối đi lại giữa các thiết bị và kết cấu xây dựng được chọn theo hướng dẫn (xem Bảng 7).

9.2.1.5  Các thiết bị phân phối điện và các gian phòng quản lý có thể bố trí trong nhà máy bơm, ở phía các đầu hồi, phần không gian bên trên các ống dẫn nước, hoặc làm nhà riêng biệt.

9.2.1.6  Phòng đặt thiết bị ắc quy cần phải thiết kế theo các yêu cầu an toàn điện, hóa chất sử dụng trong ắc quy.

9.2.1.7  Đối với những nhà máy bơm có hệ thống cáp điện phức tạp cần thiết kế hệ thống treo cáp điện, sử dụng tầng kép, tầng lửng để đặt cáp nhưng chiều cao không nhỏ hơn 1,8 m. Trong tất cả các trường hợp còn lại cần thiết kế các rãnh cáp ngầm.

9.2.1.8  Các thiết bị chủ yếu phải được bố trí trong vùng hoạt động của máy chính. Nếu thiết bị phụ trợ có khối lượng lớn hơn 100 kg đặt ở ngoài vùng hoạt động của máy chính cần dự kiến vị trí để lắp đặt.

9.2.1.9  Trường hợp nhà máy chôn sâu hoặc nhà máy bơm khối tảng, việc lắp đặt các thiết bị có thể thực hiện bằng cổng trục chân dê hoặc cẩu trên ô tô qua các lỗ tháo lắp hoặc các mái có thể đẩy sang bên.

9.2.1.10  Nhà máy bơm phải tính toán đảm bảo không ngập nước. Cao trình sàn đặt trên mặt đất tối thiểu phải cao hơn cao độ mực nước lớn nhất kể cả độ dềnh do sóng và độ cao an toàn.

Kích thước tầng dưới mặt đất của nhà máy bơm phải là nhỏ nhất, đồng thời đảm bảo thuận lợi cho việc bố trí và vận hành các thiết bị cũng như điều kiện về độ bền và độ ổn định của công trình.

Bảng 7 - Chiều rộng tối thiểu lối đi lại trong nhà máy bơm

Đơn vị tính bằng m

9.2.1.11  Ống hút cong, buồng hút, buồng xoắn, bệ đỡ của máy bơm được xác định theo đề xuất hay chỉ dẫn thiết kế lắp đặt của nhà sản xuất máy bơm. Dung sai đổ bê tông của các kết cấu này lấy theo tiêu chuẩn về bê tông cốt thép toàn khối dùng cho các công trình thủy công, đồng thời phải tuân theo yêu cầu của nhà sản xuất bơm.

9.2.1.12  Trong nhà máy bơm cần bố trí gian để lắp ráp hoặc sửa chữa máy bơm và thiết bị. Đối với các trạm cấp nước, gian lắp ráp và sửa chữa phải đủ để sửa chữa 1 tổ máy bơm nếu trong nhà máy có đến 6 tổ máy, đủ để sửa chữa đồng thời 2 tổ máy nếu trong nhà máy có từ 7 tổ máy trở lên. Đối với các trạm bơm thoát nước mưa, gian lắp ráp và sửa chữa phải đủ để sửa chữa 1 tổ máy nếu trong nhà máy có đến 8 tổ máy, đủ để sửa chữa đồng thời 2 tổ máy nếu trong nhà máy có từ 9 tổ máy trở lên.

Nếu việc lắp ráp và sửa chữa máy bơm và thiết bị có thể sử dụng lối đi lại giữa các tổ máy, hoặc lối đi lại phía tường trước, hoặc lối đi lại phía tường sau, hoặc chỗ trống của các tổ máy chưa lắp đặt, thì có thể giảm bớt diện tích gian lắp ráp, hoặc có thể không phải làm gian lắp ráp riêng, miễn là đảm bảo diện tích cho các nhu cầu nêu trên đây.

Nếu có thể, việc sửa chữa những phần thiết bị cồng kềnh có thể thực hiện ở ngoài nhà máy bơm.

Khi có luận chứng đặc biệt, có thể bố trí các máy công cụ của xưởng sửa chữa dọc theo tường của gian lắp ráp ngoài vùng hoạt động của cầu trục chính.

9.2.1.13  Việc kiểm tra các máy biến áp lực của các trạm biến áp bố trí trên cùng mặt bằng với trạm bơm mà tại đó cần trục có sức nâng đủ lớn thì nên thực hiện tại sàn lắp ráp của gian máy.

9.2.1.14  Ống hút và ống đẩy xuyên qua tường nhà máy được liên kết với tường theo một trong hai hình thức sau:

- Ngàm cứng: Được áp dụng khi tường nhà được dùng làm gối néo. Ống được xuyên qua một lỗ dự kiến được trừ sẵn trên tường. Trên đoạn ống qua tường có vòng ôm và vành chống thấm bằng thép được hàn với cốt thép chính của công trình. Sau đó đổ bê tông chèn và sau khi phần bê tông này đã co ngót đạt trạng thái ổn định thì phụt thêm chất chống thấm vào các chỗ có thể có nước thấm qua.

- Ngàm mềm: Được áp dụng cho các trường hợp còn lại, đặc biệt là trong các vùng có động đất. Khe hở giữa tường và ống không nhỏ hơn 50 mm. Nếu chỗ ống xuyên qua tường thấp hơn mực nước ngầm phải đặt các vành chống thấm mềm.

9.2.1.15  Đường ống của các hệ thống phụ cho phép đặt trong các rãnh lộ thiên hoặc ngầm, trừ các ống của hệ thống thông gió. Các ống nói trên cũng có thể đặt chìm vào các kết cấu bê tông, nhưng phải đảm bảo không ảnh hưởng đến khả năng chịu lực của các kết cấu đó.

Tránh đặt các ống dẫn trong gian điện kỹ thuật. Nếu việc tránh này không thể thực hiện được thì ống dẫn nói trên phải được bao phủ bởi một lớp cách điện và đặt trong vỏ riêng. Không đặt các ống dẫn qua gian nhà để ắc quy.

9.2.2  Đối với các trạm bơm nổi

9.2.2.1  Các trạm bơm nổi (trên thuyền và trên phao) phải được chế tạo theo các tiêu chuẩn chuyên ngành và theo các yêu cầu chỉ dẫn trong tài liệu này.

9.2.2.2  Thiết kế kỹ thuật của trạm bơm nổi có tải trọng toàn bộ trên 15 tấn hoặc số người làm việc trên trạm bơm nổi nhiều hơn 12, phải được cơ quan đăng kiểm của ngành vận tải thủy thẩm định theo quy định đối với phương tiện thủy nội địa.

9.3  Nhà máy bơm kiểu khối tảng

9.3.1  Đặc điểm của nhà máy bơm khối tảng

Nhà máy bơm khối tảng có ống hút được đúc liền khối trong khối mỏng, nhà máy nặng, chống đẩy nổi tốt. Tính từ trên xuống nhà máy bơm (xem Hình 9) gồm các tầng:

- Tầng động cơ (còn gọi là tầng trên hay gian động cơ);

- Tầng bơm (còn gọi là gian bơm);

- Tầng móng (còn gọi là tầng ống hút).

Cả tầng bơm và tầng móng được gọi là tầng dưới.

9.3.2  Điều kiện xây dựng nhà máy bơm khối tảng

Các điều kiện xây dựng nhà máy bơm khối tảng gồm:

- Lắp máy bơm lớn với lưu lượng một máy ≥ 2 m³/s;

- Sử dụng máy bơm trục đứng;

- Độ cao đặt máy h_s ≤ 0 để phù hợp kết cấu ống hút lớn;

- Biên độ dao động mực nước bể hút ΔZ có thể bất kỳ; nếu ΔZ lớn thì nhà máy bơm sẽ là kiểu khối tảng giếng sâu;

- Nền rắn chắc; nếu nền mềm yếu thì phải được xử lý.

9.3.3  Ống hút nhà máy bơm khối tảng

Ống hút có nhiệm vụ hướng chất lỏng chảy vào máy bơm một cách xuôi thuận, vận tốc biến đổi từ từ và sự phân bố vận tốc đều đặn, đặc biệt là ở tiết diện trước khi vào máy bơm.

Kích thước của ống hút đi kèm máy bơm được thí nghiệm mô hình để tìm ra. Khi không có thí nghiệm mô hình, sơ bộ có thể tham khảo tài liệu ống hút định hình của một số nghiên cứu đã có, như kết quả nghiên cứu của Nga thể hiện trên Hình 8 với các kích thước được tính theo tỷ lệ đường kính bánh xe cánh quạt D.

Đối với máy bơm lớn thì nên chọn ống hút có dạng cong, ống hút ở Hình 8-a có kích thước mặt bằng nhỏ, chiều cao miệng ống lớn; còn ống hút như ở Hình 8-b có kích thước mặt bằng lớn, chiều cao miệng ống thấp.

Đối với những máy bơm có đường kính bánh xe cánh quạt nhỏ hơn 1 m, có thể dùng ống hút thẳng với dạng buồng hình chữ nhật như Hình 8-c. Tuy nhiên, dòng chảy tại chỗ ngoặt lên máy bơm không được thuận và có thể ảnh hưởng đến chế độ làm việc bình thường của máy bơm.

Hình 8 - Một số loại ống hút định hình

9.3.4  Yêu cầu cấu tạo đối với tầng móng

Việc xác định các kích thước tầng móng phải căn cứ vào kích thước ống hút và sơ đồ bố trí phối hợp giữa các tầng và các bộ phận của nhà máy (xem Hình 9) sao cho tối ưu về kết cấu và công năng.

Lớp lót đáy móng bằng bê tông thường mác M100, chiều dày (10 ÷ 20) cm, trị số nhỏ khi đáy hố móng nông và nằm trên mực nước ngầm, trị số lớn khi đáy hố móng sâu và nằm dưới mực nước ngầm.

Lỗ lên xuống ống hút: Từ gian bơm xuống ống hút làm lỗ lên xuống. Lỗ có kích thước đủ cho người lên xuống, nếu là lỗ tròn thì lấy đường kính lỗ d ≥ 0,6 m, nếu là lỗ vuông thì lấy bề rộng mỗi cạnh lỗ a ≥ 0,6 m). Trên lỗ có nắp đậy bằng thép tấm dày từ (10 ÷ 15) mm, chừa lỗ để bắt bu lông với sàn và có gioăng cao su để chống nước rò lên sàn. Ở đoạn ống hút gần chỗ khủyu cong, không cho phép bố trí lỗ lên xuống, hố tập trung nước, các thang lên xuống và các chi tiết khác làm dòng chảy trong ống hút bị sai lệch so với yêu cầu thiết kế ống hút.

Đường hầm tập trung nước: Có nhiệm vụ tập trung nước từ ống hút khi sửa chữa và nước thấm từ sàn bơm xuống. Đáy hầm thấp hơn đáy ống hút (10 ÷ 20) cm. Bố trí ống nối với ống hút, trên ống có van để có thể đóng mở được từ sàn tầng bơm. Chiều rộng hầm ≥ 0,8 m; chiều cao ≥ 1,8 m để có thể đi lại khi cần thiết. Dọc đường hầm có rãnh tập trung nước về hố bơm tiêu với độ dốc 1/500 ÷ 1/1000. Cần có lỗ thông hơi và ống thông hơi để không khí được bù vào trong đường hầm khi tiêu nước. Từ sàn gian bơm có lỗ lên xuống đường hầm với cấu tạo tương tự như lỗ lên xuống ống hút.

Hình 9 - Sơ đồ cắt ngang nhà máy bơm khối tảng

9.3.5 Yêu cầu cấu tạo đối với tầng bơm

Tầng bơm (còn gọi là gian bơm) là nơi đặt máy bơm chính và một số thiết bị khác.

Có 2 loại gian bơm là có và không có tường ngăn (xem Hình 10):

- Tầng bơm không tường ngăn: Được áp dụng khi chiều cao tầng bơm H_tb ≤ 10 m. Chiều dày tường trước δ₁ của loại này lấy như sau:

H_tb = 4 m thì δ₁ = 0,6 m

H_tb = 6 m thì δ₁ = 0,8 m

H_tb= 8 m thì δ₁ = 1,0 m.

Chiều dày của tường sau δ₂ thường lớn hơn khoảng 0,2 m so với chiều dày tường trước.

Hình 10 - Sơ đồ mặt bằng gian bơm

Hệ thống dầm đỡ động cơ của loại gian bơm này được bố trí như sau: dầm chính gối lên tường trước và tường sau; còn dầm phụ được gối lên 2 dầm chính.

- Tầng bơm có tường ngăn: Được áp dụng khi chiều cao tầng bơm H_tb > 10 m nhằm giảm bớt chiều dày tường. Chiều dày của tường trước δ1, của tường sau δ₂ và của tường ngăn δ_tn thường được lấy từ 0,6 m trở lên tùy theo kích thước máy bơm, chiều rộng và chiều cao gian bơm.

Hệ thống dầm đỡ động cơ của loại gian bơm này được bố trí như sau: dầm chính gối lên tường ngăn; còn dầm phụ được gối lên 2 dầm chính.

Một số yêu cầu khác:

- Tại vị trí gian sửa chữa, nên có tầng dưới để lên xuống tầng bơm khi cần tháo lắp hoặc kiểm tra thiết bị cũng như các bộ phận công trình.

- Tại vị trí gian điện, có thể có tầng dưới để chống hiện tượng lún không đều giữa các gian nhà, nhưng cần tận dụng để bố trí các thiết bị phụ nhằm tránh lãng phí.

- Tầng dưới thường xây bằng bê tông cốt thép với mác bê tông từ 250 trở lên, độ chống thấm từ B4 trở lên.

- Trước khi lấp đất hoặc cho ngập nước, mặt ngoài tường bê tông của tầng dưới cần được phủ lớp chất chống thấm để tăng cường chống ẩm cho buồng bên trong.

- Mặt trong tường tầng dưới nên được sơn để chống ẩm và làm cho buồng được sáng sủa hơn.

- Mặt nền bê tông nên được sơn theo quy cách sơn sàn nhà công nghiệp hoặc lát.

9.3.6  Yêu cầu cấu tạo đối với tầng trên

Tầng này là tầng trên mặt đất hoặc mặt nước, nơi bố trí các động cơ của máy bơm chính, các thiết bị khởi động, tủ phân phối điện, cầu trục, gian sửa chữa lắp ráp và các gian phụ khác.

Tính toán xác định các kích thước tầng trên phải kết hợp chặt chẽ với các gian tầng dưới.

Khung nhà: Thường là kiểu khung cứng bằng bê tông cốt thép, chịu tải trọng mái nhà, tải trọng cầu trục và vật nâng, tải trọng bản thân, tải trọng gió.

Mái nhà: Gồm kết cấu mang lực mái (dầm hoặc dàn), kết cấu nền tựa mái (bản), kết cấu bao che. Cần có các lớp vật liệu chống thấm dột và cách nhiệt cho trên mái nhà.

Bản sàn đặt động cơ: Được làm bằng bê tông cốt thép đổ tại chỗ, chiều dày sàn khoảng từ 15 cm đến 30 cm tùy theo kết quả tính kết cấu. Dầm đỡ động cơ (dầm chính và dầm phụ) cũng là kết cấu đỡ sàn.

Cửa sổ: Tổng diện tích cửa sổ để thông gió và chiếu sáng bằng (1/3 ÷ 1/6) diện tích sàn và không được nhỏ hơn 1/8 diện tích sàn động cơ. Diện tích cửa sổ cần được tính theo điều kiện thông gió cho nhà máy bơm. Ở các gian phụ, diện tích cửa sổ có thể nhỏ hơn, nhưng thường không nhỏ hơn 1/10 đến 1/12 diện tích sàn gian đó. Cấu tạo và kiểu đóng mở của cửa sổ nhà máy bơm được lấy theo loại cửa sổ dùng cho nhà công nghiệp. Cửa sổ còn phải phù hợp khí hậu, điều kiện lao động của công nhân và vẻ đẹp ngôi nhà. Cửa sổ cần được thiết kế sao cho mở được hầu hết khẩu độ của tất cả các cửa và việc đóng mở là thuận lợi. Nên bố trí kết cấu đóng mở cửa số bằng cơ khí hoặc cơ điện.

Cửa ra vào: Cần bố trí cửa lớn để chuyển máy móc từ ngoài vào nhà máy. Kích thước cửa lớn phụ thuộc phương tiện vận chuyển hoặc bộ phận cồng kềnh nhất.

Cầu thang xuống tầng dưới: Độ dốc khoảng 1:1,25; bề rộng (1,0 ÷ 1,5) m; lan can bảo vệ cao (0,9 ÷ 1,0) m.

Các gian phụ khác: Gian sửa chữa và gian điện thường được bố trí ở hai phía đầu hồi nhà máy bơm; nhưng cũng có thể bố trí gian điện và gian sửa chữa ở phía tường trước hoặc tường sau của gian động cơ nếu đủ diện tích và có lợi hơn. Trong gian điện, đặt tập trung các tủ điện. Có thể đặt các tủ điều khiển tổ máy phân tán tại các gian chứa động cơ kéo máy bơm khi sử dụng động cơ hạ thế (380 V). Có thể bố trí gian điện riêng biệt bên ngoài nhà máy bơm.

Phòng điều khiển: Cần bố trí phòng điều khiển riêng và có đủ trang thiết bị cần thiết để tạo điều kiện thuận lợi cho người vận hành trạm bơm.

Nếu xây dựng các nhà máy bơm kiểu không có tầng trên (kiểu lộ thiên) khi đó phải sử dụng các động cơ và thiết bị tự kín nước hoặc phải được che mưa bằng các chụp riêng hoặc sử dụng máy bơm chìm. Đối với những trạm bơm này, việc di chuyển lắp đặt thiết bị có thể thực hiện bằng cổng trục bố trí thường trực tại trạm bơm, hoặc dùng cần cẩu cơ động trên xe.

- Các bề mặt của tường và mặt dưới sàn mái cần được sơn bằng sơn chịu ẩm.

9.3.7  Xác định các kích thước cơ bản của nhà máy bơm

Việc xác định các kích thước cơ bản của nhà máy bơm khối tảng được nêu chi tiết ở C.1. Trong trường hợp cần thiết, người thiết kế điều chỉnh công thức tính toán cho thích hợp.

9.4  Nhà máy bơm buồng xoắn bê tông

9.4.1  Đặc điểm nhà máy bơm buồng xoắn bê tông

Chất lỏng ra khỏi bánh xe cánh quạt được dẫn trong một buồng xoắn được đúc bằng bê tông. Buồng xoắn của máy bơm là một bộ phận thuộc công trình thủy công của nhà máy bơm.

Vỏ buồng xoắn nên làm bằng bê tông mác cao đúc sẵn, hoặc bằng tấm kim loại hàn tại chỗ, hoặc là ván khuôn gỗ,... Nếu làm khuôn bê tông mác cao hoặc khuôn kim loại thì khuôn đó được giữ lại và trở thành lớp áo của buồng xoắn, khi đó mặt trong của lớp áo buồng xoắn phải được làm trơn nhẵn. Khi vỏ buồng xoắn lớn, cần phải chia ra thành các cấu kiện nhỏ hơn để thuận tiện cho công việc vận chuyển, lắp đặt. Các cấu kiện đó được lắp ghép và được liên kết với nhau bằng vật liệu thích hợp.

9.4.2  Điều kiện xây dựng nhà máy bơm buồng xoắn bê tông

Nhà máy bơm buồng xoắn bê tông được sử dụng khi:

- Máy bơm được lắp là loại trục đứng (bánh xe cánh quạt hướng trục, hướng chéo hở, hướng chéo kín);

- Lưu lượng máy bơm lớn hơn 2 m³/s và có thể đến 50 m³/s hoặc hơn nữa, tùy theo nhà sản xuất;

- Độ cao đặt máy h_s thường là âm để phù hợp với máy bơm lớn;

- Dao động mực nước bể hút ΔZ có thể là bất kỳ;

- Địa chất nền tốt; nếu nền mềm yếu thì cần có biện pháp xử lý.

9.4.3  Xác định kích thước buồng xoắn và nhà máy bơm

9.4.3.1  Xác định kích thước tầng dưới

Kích thước tầng dưới phụ thuộc kích thước của buồng xoắn. Thông thường nhà chế tạo bơm có kích thước buồng xoắn đi kèm theo.

Nguyên tắc và phương pháp tính toán xác định các kích thước cơ bản cũng tương tự như đối với tầng dưới của nhà máy bơm khối tảng (xem C.1); người thiết kế cần điều chỉnh công thức tính toán cho phù hợp.

9.4.3.2  Xác định kích thước tầng trên

Việc xác định kích thước tầng trên được căn cứ vào sự bố trí thiết bị trong nhà máy và phương pháp nâng chuyển thiết bị.

Nguyên tắc và phương pháp tính toán xác định các kích thước cơ bản cũng tương tự như đối với tầng trên của nhà máy bơm khối tảng (xem C.1); người thiết kế cần điều chỉnh công thức tính toán cho phù hợp.

Hình 11 - Hình cắt ngang nhà máy bơm buồng xoắn bê tông

9.5  Nhà máy bơm kiểu buồng ướt

9.5.1  Đặc điểm và điều kiện xây dựng của nhà máy bơm kiểu buồng ướt

9.5.1.1  Đặc điểm của nhà máy kiểu buồng ướt

Ở nhà máy bơm kiểu buồng ướt, máy bơm hút nước trực tiếp từ một buồng có dạng hình hộp chữ nhật qua miệng loa hướng nước của máy bơm. Buồng ướt (cũng gọi là buồng hút) có cấu tạo đơn giản và dễ thi công, nhưng không được thuận dòng như đối với nhà máy bơm khối tảng và nhà máy bơm buồng xoắn bê tông.

Tùy theo điều kiện cụ thể, chọn một trong các kiểu lắp đặt điển hình (xem Hình 12).

a) Kiểu buồng ướt máy đặt chìm một sàn với miệng ống xả phía dưới sàn

b) Kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô một sàn với ống xả phía trên sàn

c) Kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô hai sàn

Hình 12 - Các kiểu lắp máy ở nhà máy bơm buồng ướt

9.5.1.2  Điều kiện xây dựng nhà máy kiểu buồng ướt

Nhà máy bơm kiểu buồng ướt được xây dựng khi:

- Lắp máy bơm có lưu lượng đến khoảng 10 m³/s, nhưng cũng có thể đến khoảng 15 m³/s theo một số nhà chế tạo bơm;

- Máy bơm trục đứng (hướng trục, hỗn lưu hoặc ly tâm);

- Độ cao đặt máy h_s ≤ 0 để phù hợp kích thước lớn của buồng hút;

- Mực nước bể hút không làm ổ trục ở cổ bơm bị ngập đối với kiểu buồng ướt máy đặt chìm.

9.5.2  Tính toán buồng ướt

Khi thiết kế buồng ướt phải thỏa mãn các yêu cầu:

- Hạn chế các dòng xoáy mặt và các dòng xoáy cục bộ trong buồng hút, đặc biệt là chỗ vào loa hướng nước của máy bơm;

- Độ ngập miệng vào loa hút nước đảm bảo không khí không lọt vào miệng loa do hiện tượng xoáy mặt;

- Khoảng cách từ miệng loa hút nước đến đáy buồng và đến tường sau hợp lý;

- Hạn chế sự ảnh hưởng của các máy bơm bên cạnh (khi bố trí nhiều máy bơm chung một buồng) để máy bơm vẫn làm việc bình thường;

Hình 13 - Sơ đồ cắt ngang nhà máy bơm buồng ướt máy bơm đặt chìm

Hình 14 - Sơ đồ cắt ngang nhà máy bơm buồng ướt máy bơm đặt tầng khô

Khi đã biết lưu lượng bơm Q_b, đường kính miệng vào loa hướng nước D_v (hoặc đường kính thân bơm quy ước D), cao trình mực nước thấp nhất trong buồng Z_min, cần xác định các thông số kích thước buồng ướt, bao gồm: h₁, h₂, h, B, G, d, L, W, v, θ, Z_db (xem Hình 15), trong đó:

h₁ - Chiều cao h₁ từ đáy buồng tới miệng loa;

h₂ - Độ ngập sâu tối thiểu của miệng loa dưới mực nước nhỏ nhất trong buồng ướt;

h - Độ sâu nước trong buồng ướt; h = h₁ + h₂ (ở nhà máy bơm kiểu buồng ướt máy đặt tầng khô (xem Hình 15) thì h là chiều cao của buồng ướt tính từ đáy buồng đến mặt dưới sàn đặt máy bơm nếu mặt này nằm dưới mực nước nhỏ nhất trong buồng hút);

B - Chiều rộng buồng hút;

G - Khoảng cách từ tâm máy bơm tới tường sau;

d - Khoảng cách từ mép miệng loa tới tường sau;

L - Chiều dài buồng ướt;

W - Thể tích nước tối thiểu trong buồng ướt;

v - Vận tốc dòng chảy qua lưới chắn rác, m/s;

θ - Góc nghiêng của thềm vào buồng;

Z_db - Cao trình đáy buồng.

Hình 15 - Sơ đồ tính toán kích thước buồng ướt

Nên lấy theo kết quả thí nghiệm buồng ướt kèm theo máy bơm do nhà sản xuất máy bơm nghiên cứu và đề xuất; ví dụ, có thể tham khảo thông số buồng hút của một số nơi (xem C.1).

Khi không có tài liệu thí nghiệm đó, có thể xác định kích thước buồng ướt tiêu chuẩn như sau:

- Theo đường kính miệng vào:

h₁ = (0,5÷0,6)xD_v

h₂ = (1,3÷1,5)xD_v

B = (2÷2,5)xD_v

L = 4xD_v

d = 0,25xD_v

- Theo đường kính thân bơm:

h₁ =(0,7÷1,0)xD

h₂ = (1,6÷1,8)xD

B = (2,5÷3)xD

L = 4,5xD

G = 1,1xD

trong đó: K là hệ số dung lượng nước, được lấy như sau:

Q_b < 0,5 m³/s, chọn K = 25 ÷ 30

Q_b ≥ 0,5 m³/s, chọn K = 15 ÷ 20

(Giá trị lớn cho máy bơm hướng trục, giá trị nhỏ cho máy bơm ly tâm).

Một số yêu cầu khác đối với buồng hút:

- Trong các thông số tính toán trên đây, chỉ có h₂ càng lấy lớn thêm càng an toàn; còn đối với các thông số khác (h₁, B, G,...) không được thay đổi so với phạm vi đã nghiên cứu.

- Khi lấy B nhỏ thì cần tăng h₂.

- Đề phòng các trường hợp bất lợi không lường trước, h₂ cần được tăng thêm một độ sâu an toàn h_at so với trị số h₂ tối thiểu của các nghiên cứu; lấy h_at = (0,5 ÷ 1,0) m.

- Kích thước buồng ướt có thể được thay đổi theo hướng nhỏ gọn hơn so với buồng ướt tiêu chuẩn trên đây nếu áp dụng các biện pháp giảm xoáy mặt và xoáy quẩn trong buồng.

- Với các máy bơm có Q < 1 m³/s có thể đặt nhiều máy đặt chung trong một buồng, nhưng phải tăng thêm h₂ từ 1,2 đến 1,5 lần so với các trị số tính như trên.

9.5.3  Vận tốc dòng chảy ở buồng ướt

Vận tốc dòng chảy tại chỗ vào buồng ướt được khống chế: v ≤ 0,5 m/s khi có lưới chắn rác; v ≤ 0,7 m/s khi không có lưới chắn rác.

Vận tốc chung của dòng chảy trong buồng ướt (ngay phía trước miệng hút) được khống chế: v ≤ 0,5 m/s.

9.5.4  Xác định các kích thước cơ bản của nhà máy bơm kiểu buồng ướt

Các thông số kích thước của buồng ướt đã xác định là cơ sở để tính toán các kích thước của tầng dưới và tầng trên của nhà máy.

Nguyên tắc và phương pháp tính toán xác định các kích thước cơ bản của nhà máy cũng tương tự như đối với nhà máy bơm khối tảng (xem C.1); nhưng cần điều chỉnh công thức tính toán cho phù hợp.

9.6  Nhà máy bơm kiểu buồng khô

9.6.1  Đặc điểm của nhà máy bơm kiểu buồng khô

Nhà máy bơm kiểu buồng khô có máy bơm và một phần ống hút được bố trí trong một khoang cách ly với nước. Miệng ống hút thò ra bể hút để lấy nước cho máy bơm.

9.6.2  Điều kiện xây dựng nhà máy bơm kiểu buồng khô

Nhà máy bơm kiểu buồng khô được sử dụng khi:

- Lắp máy bơm có lưu lượng Qb ≤ 2 m³/s;

- Máy bơm trục đứng hoặc ngang (hướng trục, hướng chéo, ly tâm);

- Độ cao đặt máy h_s có thể dương hoặc âm;

- Dao động mực nước bể hút ΔZ có thể là bất kỳ.

Hình 16 - Sơ đồ cắt ngang nhà máy bơm buồng khô

9.6.3  Xác định kích thước nhà máy bơm buồng khô

Việc xác định kích thước được căn cứ vào sự bố trí tổ máy bơm, thiết bị, đường ống, phương pháp nâng chuyển vật nặng trong nhà máy. Nguyên tắc và phương pháp tính toán xác định các kích thước cơ bản của nhà máy bơm buồng khô cũng tương tự như đối với nhà máy bơm khối tảng (xem C.1) và nhà máy bơm buồng ướt; nhưng cần điều chỉnh công thức tính toán cho phù hợp.

9.6.4  Bố trí ống hút và miệng ống hút của nhà máy bơm kiểu buồng khô

Vận tốc dòng chảy trong ống hút của nhà máy bơm kiểu buồng khô lấy trong khoảng v = (1,2 ÷ 1,5) m/s; từ vận tốc này xác định được đường kính ống hút D.

Nếu đường kính ống hút lớn hơn đường kính miệng vào máy bơm thì cần bố trí một đoạn ống thu hẹp dần với góc ở chóp từ 8° đến 12°.

Các thông số kích thước lắp đặt của miệng ống hút gồm: D₀, h₁, h₂, h₃, θ (xem Hình 17), trong đó:

D₀ - Đường kính miệng ống hút, m;

h₁ - Chiều cao h₁ từ đáy bể hút tới tâm miệng ống hút, m;

h₂ - Độ ngập sâu tối thiểu của tâm miệng ống hút dưới mực nước nhỏ nhất trong bể hút, m;

h₃ - Độ ngập sâu tối thiểu của mép trên miệng ống hút dưới mực nước nhỏ nhất bể hút, m;

Hình 19 - Bố trí máy bơm trong nhà máy móng tách rời

9.7.3.2  Các yêu cầu khi bố trí máy bơm và thiết bị

Khoảng cách giữa các máy bơm phải đủ rộng để đi lại trông nom động cơ và máy bơm được thuận lợi.

Khoảng cách tối thiểu từ vỏ động cơ đến các thiết bị khác là 1,0 m nếu động cơ dùng điện hạ thế và 1,5 m nếu động cơ dùng điện trung thế.

Khoảng cách từ máy bơm (hoặc bệ bơm) đến mép tường đầu hồi lấy từ 0,7 m ÷ 1,2 m.

Trên đường ống hút và ống đẩy trong nhà máy, bố trí các đoạn nối để thuận tiện cho việc tháo lắp máy bơm hay một thiết bị nào đó mà không phải tháo các thiết bị bên cạnh.

Khoảng cách từ mặt bích của ống đến tường phải đủ để đưa các dụng cụ tháo lắp và thao tác thuận tiện (thường lấy từ 0,3 m ÷ 0,5 m).

Khi phải tháo máy bơm theo chiều dọc trục, khoảng cách đối diện phải lớn hơn chiều dài của đoạn trục cần tháo ra.

Cần bố trí các sàn công tác để có thể thuận tiện trong việc đi lại trông coi thiết bị.

9.7.4  Bố trí đường ống hút trong nhà máy bơm móng tách rời

9.7.4.1  Bố trí và ghép nối đường ống hút của nhà máy bơm móng tách rời

Ống hút phải đảm bảo thật kín, không cho không khí lọt vào.

Tổn thất trên đường ống hút phải nhỏ; làm ngắn nhất tới mức có thể (thường không dài quá 25 m); số khuỷu cong là ít nhất (thường không nên quá 4).

Vận tốc v trong ống hút có đường kính D lấy như sau: với D ≤ 250 mm lấy V = (0,7 ÷ 1,0) m/s; với D = (300 ÷ 800) mm, lấy v = (1,0 ÷ 1,5) m/s; với D > 800 mm, lấy v = (1,5 ÷ 2,0) m/s. Vận tốc ở miệng vào ống hút nhỏ hơn trong ống hút, thường lấy V = (0,6 ÷ 1,2) m/s.

Do miệng vào máy bơm khá nhỏ, cần bố trí đoạn nối ống hút với miệng vào máy bơm thu hẹp dần (còn gọi là côn thu) với góc ở chóp từ 8° đến 12°. Các thiết bị và phụ tùng trên đường ống hút (van, cút cong,...) phải bố trí trước đoạn côn thu này.

Số ống hút nên bằng số máy bơm; nếu vì điều kiện kỹ thuật và kinh tế mà cần phải làm số ống hút ít hơn số máy bơm trong các trường hợp: ống dài và đường kính nhỏ (d ≤ 300 mm), hoặc tránh phải xây bể hút quá rộng,... thì có thể ghép hai hoặc nhiều máy bơm cùng chung một hay nhiều ống hút.

1', 1", 2', 2", 2''', 3', 3" - Van khóa; 4 - Ống hút; 5 - Ống góp;

B1, B2, B3 - Máy bơm

Hình 20 - Một số sơ đồ ghép ống hút với máy bơm trong nhà máy bơm móng tách rời

Đoạn ống hút gắn với thành bể hút nên có đai thép giữ cho khỏi bị rung. Những chỗ ống hút xuyên qua tường nhà máy bơm hoặc tường bể hút không nên gắn cứng để khi nhà máy và bể hút lún không đều thì ống hút không bị chịu lực lớn do chuyển vị gây ra.

Để không khí không đọng trong ống, thành trên của ống hút phải luôn luôn đặt chếch lên về phía máy bơm với độ dốc ≥ 0,005. Sau đây là một số trường hợp bố trí ống hút đúng và không đúng cần lưu ý khi thiết kế (xem Hình 21).

Đối với những ống hút dài, việc thiết kế ống hút phải tuân theo các tiêu chuẩn thiết kế đối với đường ống áp lực (và chân không), đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu làm việc của máy bơm.

Hình 21 - Bố trí ống hút đúng và không đúng

9.7.4.2  Bố trí miệng ống hút và tính toán bể hút của nhà máy bơm móng tách rời

- Đối với các ống hút nhỏ (d ≤ 400 mm):

+ Khi có trụ pin:

h₁ = 0,8xD_v

h₂ ≥ (0,5÷0,6)xD_v

B = 3xD_v

L = nxB + Σd_tp

L_tp ≥ 2xD_v (và đủ để bố trí các thiết bị)

+ Khi không có trụ pin:

h₁ = 0,8xD_v

h₂ ≥ (0,5÷0,6)xD_v (khi chỉ có 1 máy)

h₂ ≥ (1,3÷1,5)xD_v (khi có 2 trở lên)

b ≥ 3xD_v

L = nxB

trong đó:

D_v - Đường kính miệng vào ống hút, tính theo điều kiện vận tốc ở miệng vào ống v = (0,8 ÷ 1,0) m/s;

h₁ - Độ cao từ miệng ống hút đến đáy bể hút;

h₂ - Độ sâu từ mực nước thấp nhất đến điểm cao nhất của miệng ống hút;

n - Số lượng miệng ống hút;

Σd_tp - Tổng chiều dày các trụ pin giữa các ống hút;

B - Bề rộng một khoang lấy nước;

L_tp - Chiều dài trụ pin tính từ đầu trụ pin đến điểm gần nhất của miệng ống hút;

b - Khoảng cách giữa các tâm miệng ống trên mặt bằng;

L - Chiều rộng toàn tuyến lấy nước.

- Đối với các ống hút lớn (d > 400 mm), tính toán và bố trí như miệng ống hút tương tự như ống hút của nhà máy bơm kiểu buồng khô.

9.7.5  Bố trí và nối ghép ống đẩy trong nhà máy bơm móng tách rời

9.7.5.1  Bố trí đường ống đẩy trong nhà máy bơm

Đoạn ống đẩy ở bên trong nhà máy bơm nên làm bằng ống thép. Khi số đường ống đẩy ngoài nhà máy ít hơn số máy bơm thì ống đẩy nên được ghép nối trong nhà máy để dễ dàng vận hành các van nhằm bơm nước vào bất cứ đường ống đẩy nào ở ngoài nhà máy.

Đường kính các đoạn ống đẩy trong nhà máy bơm nên được chọn theo vận tốc kinh tế (xem 13.3).

Vận tốc dòng chảy ở cửa ra máy bơm rất lớn, vì vậy phải có đoạn ống nối mở rộng dần (côn mở) với góc ở chóp từ 8° ÷ 12°. Các thiết bị trên đường ống đẩy (van một chiều, van hai chiều, cút cong,..) phải bố trí sau đoạn côn mở này.

Khi đặt đường ống trong các rãnh phải có nắp đậy, chiều rộng b và sâu h của rãnh được xác định như sau:

b = D_ng + (0,15 ÷ 0,3), m

h = D_ng + h’ + 0,2, m

trong đó:

D_ng - là đường kính ngoài của ống, m;

h’ - Chiều cao của van (nếu có lắp van) tính từ điểm ngoài ống đến điểm cao nhất của van, m.

Khi đường ống lớn hơn 400 mm thì có thể đặt ngay trên sàn nhà máy. Trong mọi trường hợp, nếu không có những điều kiện kỹ thuật đặc biệt bảo đảm thì không nên đặt ống đẩy phía trên động cơ.

Trên đường ống đẩy những chỗ có đặt các thiết bị như van khóa, van một chiều,... phải xây bệ đỡ để khỏi bị võng đường ống ảnh hưởng đến máy bơm và bản thân ống.

Để tránh ứng lực sinh ra vì nhiệt làm gãy ống đẩy hoặc truyền lực từ ống vào máy bơm tạo ra ngẫu lực làm cho máy bơm bị lệch trục thì phải bố trí khớp nối co giãn trên ống đẩy.

θ - Góc nghiêng của tiết diện miệng ống so với phương nằm ngang.

Các thông số này được xác định như sau:

- Khi đặt miệng ống đẩy nằm ngang:

h₁ ≥ 1,25xD

h₂ ≥ 2,5xD

- Khi đặt miệng ống đẩy nằm nghiêng:

h₁ ≥ (1÷1,5)xD

h₃ ≥ 1,5xD

θ ≤ 30°

Khi giữa các ống hút có bố trí các trụ pin, lấy chiều rộng một khoang (giữa hai mép trụ pin) B = 3xD₀; khi không bố trí trụ pin (đối với máy bơm nhỏ), lấy khoảng cách giữa hai máy bơm b = 3xD₀.

Hình 17 - Bố trí miệng ống hút nhà máy bơm kiểu buồng khô

9.7  Nhà máy bơm móng tách rời

9.7.1  Đặc điểm của nhà máy bơm móng tách rời

Máy bơm được đặt trên bệ móng tách rời với móng nhà máy và các bệ móng đỡ các thiết bị khác (van một chiều, van cửa,...). Nền nhà máy là chỉ là tấm bê tông mỏng có tác dụng chống ẩm từ đất ngấm lên. Nhà máy chỉ có một tầng nằm trên mặt đất (ví dụ như ở Hình 18).

9.7.2  Điều kiện xây dựng nhà máy bơm móng tách rời

Nhà máy bơm móng tách rời được áp dụng khi:

- Máy bơm nhỏ, lưu lượng máy bơm nhỏ hơn 2 m³/s;

- Sử dụng máy bơm trục ngang hoặc máy bơm trục đứng có động cơ lắp bên trên;

- Độ cao đặt máy h_s dương;

- Mực nước bể hút thấp hơn cao trình nền nhà máy để tránh bị ngập sàn.

Hình 18 - Nhà máy bơm móng tách rời lắp máy bơm ly tâm trục ngang hai cửa hút

9.7.3  Bố trí máy bơm và thiết bị trong nhà máy

9.7.3.1  Hình thức bố trí tổ máy bơm

Chọn hình thức bố trí tổ máy bơm cần đảm bảo:

- Việc chăm sóc máy bơm thuận tiện;

- Bảo đảm an toàn lao động cho người vận hành;

- Tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí các đường ống.

Có các hình thức bố trí như sau:

- Khi số máy không nhiều, bố trí một hàng (xem Hình 19-a,b).

- Khi số máy nhiều có thể bố trí thành hai hàng so le (xem Hình 19-c,d), hoặc bố trí thành cụm (Hình 19-e) để giảm chiều dài nhà máy.

9.7.5.2  Ghép nối ống đẩy trong nhà máy bơm

Có thể ghép hai hay nhiều máy bơm chung một hay nhiều đường ống đẩy khi ống đẩy bên ngoài dài. Việc nối tiếp các đoạn ống đẩy bên trong nhà máy bơm cần thỏa mãn các điều kiện sau:

- Đóng một hoặc nhiều đường ống mà các máy bơm vẫn bơm được.

- Tháo các thiết bị nhanh chóng khi cần thiết; điều kiện đi lại trông nom các thiết bị dễ dàng.

- Bảo đảm các điều kiện làm việc của các máy bơm với các đường ống đẩy ngoài nhà máy.

- Bố trí các van khóa để có thể sửa chữa bất kỳ máy bơm mà không ảnh hưởng đến sự làm việc của các máy khác.

9.7.6  Tính toán các kích thước cơ bản của nhà máy

Kích thước nhà máy phụ thuộc kích thước máy và bệ máy, cách bố trí đường ống và các thiết bị trong nhà máy và điều kiện về quản lý vận hành; đồng thời, phải xét đến việc bố trí hệ thống bơm chân không để mồi nước, máy bơm tiêu nước rò rỉ và các thiết bị cơ khí, điện lực khác.

Nguyên tắc và phương pháp tính toán xác định các kích thước cơ bản của nhà máy bơm móng tách rời cũng tương tự như đối với nhà máy bơm khối tảng (xem C.1) và nhà máy bơm buồng khô, nhưng cần điều chỉnh công thức tính toán cho phù hợp (xem C.2).

9.8  Nhà máy bơm lắp máy bơm chìm

9.8.1  Đặc điểm và điều kiện xây dựng

Máy bơm chìm có động cơ đặt ngập trong nước, được làm kín nước một cách nghiêm ngặt. Kết cấu nhà máy lắp bơm chìm có thể không cần tầng trên, hoặc có thể đặt kết hợp vào công trình khác.

Nhà máy bơm lắp máy bơm chìm có nhiều dạng:

- Nhà máy lắp bơm chìm trục đứng đặt trong ống (bánh xe cánh quạt loại hướng trục, hoặc hỗn lưu) (ví dụ như ở Hình 22).

- Nhà máy lắp bơm chìm hút nước trực tiếp từ buồng hút (bánh xe cánh quạt loại ly tâm, hỗn lưu, hoặc hướng trục) (ví dụ như ở Hình 23).

- Nhà máy bơm phối hợp với công trình khác như: cống dưới đê, cống dưới đập, cửa van cống,...

Điều kiện sử dụng máy bơm chìm:

- Nên sử dụng máy bơm chìm cho trạm bơm lấy nước đặt ở ngoài đê và biên độ dao động mực nước nguồn lớn; hoặc trạm bơm cần phải đặt khuất dưới mặt đất để tránh ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường; hoặc cho các trạm bơm lưu động thường xuyên phải thay đổi vị trí đặt bơm;

- Chỉ nên sử dụng bơm chìm có công suất động cơ ≤ 500 kW nếu dùng điện hạ thế.

Hình 22 - Nhà máy lắp bơm chìm trục đứng đặt trong ống

Hình 23 - Nhà máy lắp bơm ly tâm trục đứng hút nước trực tiếp từ buồng hút

9.8.2  Nhà máy bơm chìm trục đứng đặt trong ống

9.8.2.1  Các kiểu lắp máy bơm trong nhà máy

Tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn một trong các kiểu lắp đặt thông dụng như trên Hình 24:

Hình 24 - Sơ đồ các kiểu bố trí lắp đặt máy bơm chìm trục đứng trong ống

Hình 25 - Các dạng ống xả đứng (D1, D2, D3) và các dạng khuỷu nối ống đứng với ống ngang (E2, E4, E4) dùng cho máy bơm chìm trục đứng trong ống

- Kiểu lắp đặt 1 (xem Hình 24-a):

Máy bơm được đặt trong ống bê tông với bộ phận đỡ máy bơm D3 (xem Hình 25).

- Kiểu lắp đặt 2 (xem Hình 24-b):

Lắp đặt máy bơm trong ống thép, đoạn ống bên trên có dạng D1 (xem Hình 23).

- Kiểu lắp đặt 3 (xem Hình 24-c):

Dòng chảy đổ vào một khoang kín thông qua một khủy kiểu E1 (xem Hình 25).

- Kiểu lắp đặt 4 (xem Hình 24-d):

Miệng ra ống xả được lắp một van nắp để ngăn dòng chảy ngược. Dùng khuỷu loại E2 hoặc E4 (xem Hình 25) để nối tiếp ống bơm với ống xả.

- Kiểu lắp đặt 5 (xem Hình 26-b):

Phía trước máy bơm có một vách hướng dòng (bằng thép hoặc bê tông) dạng gấp khúc choán hết chiều ngang buồng hút.

9.8.2.2  Tính toán buồng hút của nhà máy bơm lắp bơm chìm trục đứng đặt trong ống

Việc tính toán các kích thước buồng hút của nhà máy bơm lắp bơm chìm trục đứng đặt trong ống cũng giống như đối với nhà máy bơm kiểu buồng ướt (xem 9.5.2).

Nên lấy theo kết quả thí nghiệm buồng ướt kèm máy bơm do nhà sản xuất máy bơm nghiên cứu và đề xuất. Ví dụ, có thể tham khảo thông số buồng hút của hãng bơm Flygt (xem C.2).

Hình 26 - Buồng hút của nhà máy bơm lắp máy bơm chìm trục đứng đặt trong ống

9.8.3  Nhà máy lắp bơm chìm hút nước trực tiếp từ buồng hút

9.8.3.1  Các kiểu lắp máy bơm trong nhà máy

Tùy theo điều kiện cụ thể mà chọn một trong các kiểu lắp đặt sau:

- Kiểu máy bơm đỡ ống đẩy;

- Kiểu ống đẩy đỡ máy bơm;

Ngoài ra còn một số kiểu đặt khác tùy thuộc điều kiện cụ thể.

9.8.3.2  Tính toán buồng hút của nhà máy bơm lắp bơm chìm hút nước trực tiếp từ buồng hút

Việc tính toán các kích thước buồng hút của nhà máy bơm lắp bơm chìm hút nước trực tiếp từ buồng hút cũng tương tự như đối với bể hút của nhà máy bơm móng tách rời (xem 9.7.4.2). Nên lấy thông số buồng ướt kèm máy bơm do nhà sản xuất máy bơm đề xuất. Khi không có số liệu của nhà sản xuất, có thể tính toán kích thước buồng hút như dưới đây.

Hình 27 - Sơ đồ lắp bơm chìm hút nước trực tiếp từ buồng hút

Từ sơ đồ bố trí máy bơm và thiết bị trong buồng như Hình 27, các thông số kích thước lắp đặt của miệng ống hút gồm: h₁, h₂, b, L, a, W, trong đó:

h₁ - Chiều cao h₁ từ đáy bể hút tới tâm miệng ống hút, m;

h₂ - Độ ngập sâu tối thiểu của tâm miệng loa dưới mực nước nhỏ nhất trong bể hút, m;

b - Khoảng cách giữa hai máy bơm, m;

a - Khoảng cách từ vỏ máy bơm tới tường, m;

B - Chiều rộng buồng hút, m;

L - Chiều dài buồng hút, m;

W - Thể tích nước nhỏ nhất trong buồng hút, m³.

được xác định như sau:

h₁ ≥ 1,25xD_v

h₂ ≥ 2,5xD_v

b = 3xD_v

B = nxb

a ≥ (0,2 ÷ 0,3) m

L ≥ 4xD_v

W = Bx(h_i+h₂)xL

trong đó: D_v là kích miệng vào máy bơm; hoặc nếu chưa rõ D thì có thể lấy D_v = D’ với .

Yêu cầu:

W ≥ KxQ                               (38)

trong đó:

Q - Lưu lượng máy bơm, m³/s;

K - Hệ số dung lượng nước, chọn như sau:

Q < 0,5 m³/s, chọn K = 25;

Q ≥ 0,5 m³/s, chọn K = 15.

Lưu ý rằng, trong thực tế có rất nhiều trạm bơm có buồng hút là một ống trụ tròn, việc tính toán buồng hút cũng được suy luận tương tự.

9.9  Trạm bơm di động

9.9.1  Đặc điểm và điều kiện xây dựng

Trạm bơm di động là trạm bơm mà nhà máy bơm có thể thay đổi được vị trí theo mực nước nguồn hoặc theo các nơi phục vụ khác nhau.

9.9.2  Trạm bơm di động trên mái dốc

Trạm bơm này được bố trí trên đường ray nghiêng theo mái dốc của bờ nguồn nước.

Nền và kết cấu đỡ đường ray và đỡ ống đầy nghiêng phải ổn định; nếu cần phải bố trí hệ thống dầm, trụ và cọc.

Hình 28 - Trạm bơm di động trên mái dốc

Hình 29 - Trạm bơm di động trên mái dốc

9.9.3  Trạm bơm lắp máy bơm chìm xiên

Trạm bơm này dùng máy bơm chìm có bánh xe. Máy bơm chìm di chuyển được trên đường ray nghiêng. Nền và kết cấu đỡ đường ray và đỡ ống đẩy nghiêng phải ổn định; nếu cần thì bố trí hệ thống dầm, trụ, cọc.

Hình 30 - Trạm bơm dùng máy bơm chìm xiên

9.9.4  Trạm bơm cơ động

Trạm bơm cơ động được sử dụng khi cần di chuyển. Trạm bơm cơ động có thể trang bị động cơ điện hoặc động cơ đốt trong.

Tùy theo kết cấu và phương pháp di chuyển, chọn trong các loại sau:

- Trạm bơm cơ động đường bộ có xe kéo riêng.

- Trạm bơm cơ động đường bộ kiểu tự hành, máy bơm được lắp trên một khung riêng bắt chặt vào xe chở bơm, động cơ của xe cũng là nguồn động lực để chạy máy bơm.

9.10  Trạm bơm nổi

9.10.1  Trạm bơm thuyền

9.10.1.1  Đặc điểm và điều kiện sử dụng

Trạm bơm thuyền thuộc loại nhà máy bơm kiểu buồng khô mà nền là nước.

Trạm bơm thuyền được sử dụng khi: mực nước nguồn lên xuống thường xuyên, hoặc khi cần chuyển vị trí để phục vụ cho các nơi cách nhau, mà việc xây dựng trạm bơm cố định là không kinh tế bằng.

Thuyền làm bằng bê tông cốt thép, thép tấm hay bằng gỗ; nên làm bằng thép hoặc bê tông cốt thép để thuyền bền hơn và không bị rò nước. Khi trạm bơm thuyền dùng máy bơm chạy điện thì không được làm vỏ bằng gỗ. Trạm bơm thuyền có thể di chuyển bằng chèo hoặc dùng ca nô kéo.

9.10.1.2  Xác định các kích thước cơ bản của thuyền bơm

Kích thước của các bộ phận thuyền phải được xác định bằng tính toán kết cấu. Cấu tạo của thuyền phải xét và kết hợp chặt chẽ với các thiết bị đặt trên thuyền. Có thể tham khảo phương pháp tính toán các kích thước cơ bản của trạm bơm thuyền ở C.3.

9.10.1.3  Cửa lấy nước của trạm bơm thuyền

Cửa lấy nước của trạm bơm thuyền có thể bố trí bên mạn thuyền hoặc dưới đáy thuyền.

Khi bố trí bên mạn thuyền thì mép trên của cửa sổ lấy nước phải ngập dưới mực nước từ 0,8 m trở lên. Muốn bảo đảm độ ngập đó có thể giảm chiều cao của cửa vào buồng bằng cách bố trí hai lỗ hút cho một bơm. Ở miệng vào cửa sổ lấy nước bố trí khe ở phía ngoài, trong khe đặt lưới chắn rác. Khi cần sửa chữa máy bơm, đặt cửa van thay vào vị trí khe của lưới chắn rác.

Khi không bố trí được bên mạn thuyền, cửa lấy nước sẽ bố trí ở đáy thuyền với các hộp lăng trụ bằng kim loại làm buồng lấy nước. Phía trên hộp kim loại có lỗ kiểm tra thường xuyên được đậy kín, mép trên cửa hộp phải cao hơn mực nước ở mớn nước lớn nhất khoảng 0,25 m để tránh nước chảy vào thuyền. Chiều rộng của hộp phải bảo đảm dễ dàng tháo lắp loa ống hút máy bơm. Lưới chắn rác bố trí dưới cùng, có thể rửa lưới đó bằng dòng nước chảy ngược lại được bơm qua lỗ kiểm tra. Lỗ kiểm tra có kích thước để người xuống được trong hộp kim loại. Cần có các cửa van để ngăn nước vào hộp khi sửa chữa máy bơm, hoặc khi cho máy nghỉ thời gian dài.

Vận tốc nước chảy vào cửa lấy nước có thể lấy khoảng (1,0 ÷ 1,5) m/s có tính đến sự thu hẹp do lưới chắn rác bị lấp vít gây nên.

Nếu ở nguồn nước có nuôi cá thì phải bố trí bộ phận chắn cá ở cửa lấy nước và phải thỏa thuận với đơn vị nuôi cá.

9.10.1.4  Ống đẩy của trạm bơm thuyền

Nước được chuyển từ thuyền bơm lên bờ qua các ống đẩy. Số lượng đường ống đẩy nên lấy bằng số lượng các tổ máy bơm. Có thể ghép song song hai hay nhiều máy bơm vào một đường ống đẩy chung khi tổ máy có lưu lượng nhỏ (< 0,5 m³/s). Nếu máy bơm có lưu lượng lớn (> 3 m³/s) và khi không thể chế tạo các khớp nối bản lề có kích thước lớn cần thiết thì có thể dùng 2 đường ống đẩy cho mỗi máy.

Các ống đẩy được đặt nổi trên các thùng phao. Kết cấu của các ống đẩy đặt nổi phải đảm bảo cho thùng phao có thể di động được trong phạm vi dao động lên xuống của mực nước nguồn cộng thêm 10% để dự phòng cho trường hợp thùng phao bị nghiêng lớn nhất.

Khi thiết kế phao đỡ ống đẩy, phải tính cả tải trọng nước chứa trong ống, tải trọng do áp lực thủy động của nước nguồn, tải trọng gió bão tác động lên phao và ống và các lực phát sinh khi thùng phao dồn ép vào ống đẩy.

Ống đẩy bằng kim loại được bố trí thành các nhịp, mỗi nhịp có các khớp nối bản lề ở hai đầu. Chiều dài nhịp ống được giới hạn bởi độ bền và độ cứng của ống và bởi sức chịu tải của thùng phao.

Để lắp đặt các thùng phao trung gian một cách chính xác, phải thiết kế tạo nền nhân tạo riêng cho các thùng phao.

Các khớp nối của ống đẩy phải có độ co dãn cho phép cả theo chiều dài để đảm bảo khả năng bù cho sự biến dạng khi làm việc.

Để tạo các khớp nối cho ống đẩy kim loại có đường kính từ 300 mm ÷ 1000 mm, cần sử dụng kiểu khớp nối cầu xoay được.

Đối với các ống đẩy có đường kính nhỏ có thể sử dụng các ống mềm (ống cao su cốt thép cuốn dạng lò xo, ống vải bạt chuyên dụng,...).

Để giảm chiều dài của đường ống đẩy nối từ thuyền vào bờ phải đặt trạm bơm thuyền ở bên bờ có độ dốc lớn trong vùng có chiều sâu nước lớn nhất.

9.10.2  Trạm bơm nổi trên phao

9.10.2.1  Đặc điểm và điều kiện áp dụng

Trong một số trường hợp, có thể sử dụng trạm bơm nổi trên cầu phao. Hình thức kết cấu, vật liệu, dạng phao đỡ cần được lựa chọn cho phù hợp với sự bố trí tổ máy bơm và thiết bị. Trạm bơm nổi trên phao có thể di chuyển bằng chèo hoặc dùng ca nô kéo.

Trạm bơm trên phao có điều kiện áp dụng và yêu cầu thiết kế giống như đối với trạm bơm thuyền.

GHI CHÚ: Kích thước trên hình vẽ là mm, cao trình là m

Hình 31 - Sơ đồ cắt ngang một trạm bơm nổi trên phao

9.10.2.2  Các yêu cầu kỹ thuật

Thân thùng phao thường được gia công bằng thép (kết cấu hàn) hoặc bằng bê tông cốt thép vỏ mỏng (đổ liền khối hoặc kết hợp vừa lắp ghép vừa đổ liền khối). Các thùng phao bằng bê tông cốt thép nên được chế tạo tại các xưởng đóng tàu thuyền chuyên môn sâu. Thùng phao cũng có thể làm bằng chất dẻo.

Các tổ máy chính phải đặt ở trong khoang dọc theo chiều dài của thùng phao. Bệ lắp đặt máy bơm và động cơ phải đủ cứng để các biến dạng là nhỏ, đảm bảo máy bơm không bị lệch tâm. Để tăng độ cứng cho các bệ tổ máy có công suất lớn (≥500 kW), các dầm dọc và dầm ngang của khung bệ máy cần bố trí trùng với hệ thống khung dầm của đáy thùng phao. Các kết cấu không làm cản trở việc sửa chữa lớp ốp mặt của thùng phao.

Các thiết bị của hệ thống thùng phao gồm máy bơm tiêu nước thùng phao, hệ thống tạo tải trọng dằn, các hệ thống chống cháy, hệ thống thông gió... nên đặt ở các cầu công tác hoặc ở những nơi dễ vận hành nhưng không thấp hơn sàn thùng phao 0,6 m.

Để đề phòng tình trạng các tổ máy bị mất độ đồng tâm khi thân thùng phao bị biến dạng, phải dự kiến đặt các khớp co dãn trên các đường ống hút và ống ống đẩy.

Trong mọi chế độ làm việc, thùng phao phải được điều chỉnh ở mức “0” bằng hệ thống tải trọng dằn. Trong thiết kế, lắp đặt máy bơm, động cơ và ống đẩy cần phải đảm bảo độ nghiêng ngang và độ chênh dọc như nhau (nhưng ngược chiều nhau) khi thùng phao ở trạng thái làm việc và di chuyển. Trị số giới hạn cho phép độ nghiêng ngang và độ chênh dọc phải do nhà máy chế tạo thiết bị quy định.

Trạm bơm có thể có hoặc không có nhà che mưa nắng tùy theo máy bơm và động cơ. Nếu dùng máy bơm chìm thì thường không cần có nhà che, khi đó các tủ điện được đặt ở nhà trên bờ.

Các bộ phận (dầm, sàn, khung, vách che, mái nhà, cầu trục, tủ điện và các thiết bị khác) bên trên thùng phao phải có kết cấu nhẹ. Khung trạm bơm nên làm bằng thép hoặc kim loại nhẹ. Vách che chắn và mái nhà nên bằng bằng tấm tôn hoặc chất dẻo có lớp xốp cách nhiệt.

Hệ thống tiêu rút nước thùng phao có không ít hơn 2 máy bơm và đường ống dẫn nước chính được bố trí theo đường vòng khép kín với các phần lấy nước đặt ở bốn góc của mỗi khoang. Để đảm bảo quản lý giám sát thường xuyên, cần lắp đặt hệ thống báo hiệu tình trạng mức nước trong các thùng phao.

Để làm đầy khoảng không gian dành cho tải trọng dằn cần có máy bơm riêng. Khi có luận chứng phù hợp có thể sử dụng máy bơm chữa cháy để bơm nước dùng làm tải trọng dằn. Không sử dụng máy bơm tiêu rút nước để bơm nước làm tải trọng dằn.

Nếu thùng phao của trạm bơm được chia thành các khoang độc lập thì trong mỗi khoang phải có hệ thống tiêu rút nước và hệ thống tải trọng dằn riêng biệt.

Các yêu cầu kỹ thuật đối với ống đẩy của trạm bơm trên thuyền cũng áp dụng cho trạm bơm nổi trên phao (xem 9.10.1.4).

9.10.3  Các yêu cầu khác đối với trạm bơm nổi

9.10.3.1  Cần bố trí hệ thống neo giữ, các công trình và thiết bị bảo vệ trạm bơm nổi để đảm bảo sự an toàn hoạt động của trạm bơm trước các tác động của dòng chảy trong nguồn, của gió bão, sóng nước,... và các tác động của tự nhiên cũng như nhân tạo khác.

9.10.3.2  Trong các hồ chứa mà bờ chưa ổn định hoặc có sóng lớn, phải đặt các trạm bơm nổi trong các vịnh thiên nhiên được bảo vệ chống sóng. Nếu điều kiện tự nhiên không cho phép, phải tính toán hợp lý của sự bố trí trạm bơm vào trong khoang gầu (xem 10.2.18).

9.10.3.3  Trong thời gian làm việc, vị trí của trạm bơm được neo cố định. Trên các sông mà hướng dòng là rõ ràng, phải cố định trạm bơm nổi bằng hệ thống 3 neo, trong đó 2 neo được đặt ở phía bờ và 1 neo ở phía sông. Góc dây neo <45° so với chiều dọc của trạm bơm. Khi hướng dòng chảy không rõ ràng, phải cố định trạm bơm bằng 4 neo. Trong trường hợp biên độ dao động mực nước nguồn lớn, hệ thống neo phải đảm bảo cho thuyền không bị lật, chìm.

9.10.3.4  Thông thường phải có cầu công tác riêng để đi lại giữa trạm bơm và bờ, kích cỡ và độ bền của cầu phao phải đảm bảo vận chuyển được thiết bị có khối lượng lớn nhất của trạm bơm.

9.10.3.5  Để đưa thiết bị nặng hơn lên thùng phao phải dự kiến các phương tiện nổi và thiết bị nâng chuyển để bốc dỡ lên bờ cũng như xuống thùng phao. Thường thùng phao được trang bị cần cẩu cầu điều khiển bằng tay có sức nặng tới 10 tấn. Trong trường hợp cần thiết khi phải lắp đặt thiết bị nặng hơn phải sử dụng các cần cẩu cầu ghép đôi điều khiển bằng tay.

10  Công trình lấy nước vào trạm bơm

10.1  Quy định chung đối với công trình lấy nước

10.1.1  Công trình lấy nước nằm ở đầu hệ thống công trình trạm bơm, lấy nước từ nguồn cung cấp trực tiếp cho máy bơm hoặc qua công trình dẫn nước, hạn chế bùn cát và rác nổi trôi về nhà máy bơm.

10.1.2  Công trình lấy nước phải đảm bảo cho nhà máy bơm có thể ngừng làm việc từng bộ phận hoặc toàn bộ trong thời gian tu sửa, nạo vét, hoặc có sự cố bất thường.

10.1.3  Lựa chọn loại công trình lấy nước

Căn cứ vào những điều kiện cụ thể, chọn trong các loại công trình lấy nước sau:

- Theo mục đích sử dụng của trạm bơm: Có các loại công trình lấy nước cho trạm bơm cấp nước tưới, trạm bơm tiêu thoát nước, trạm bơm cấp nước cho dân dụng và công nghiệp,...

- Theo nguồn nước khác nhau: Có các loại công trình lấy nước từ sông, từ hồ chứa, hoặc từ kênh.

- Theo đặc điểm xây dựng: Có các loại xây dựng kết hợp hoặc riêng biệt với nhà máy bơm, sao cho phù hợp với điều kiện tự nhiên (thủy văn, địa chất, địa hình,...) và các điều kiện về kinh tế.

Tùy theo những điều kiện cụ thể mà chọn loại công trình lấy nước bên bờ sông hay giữa lòng sông; công trình lấy nước luôn ngập dưới nước hay ngập tạm thời (vào mùa lũ) hoặc không bị ngập; công trình lấy nước cố định hoặc di động; công trình lấy nước quanh năm hoặc từng mùa.

10.1.4  Khi thiết kế công trình lấy nước, việc chọn sơ đồ bố trí tổng thể, cũng như lựa chọn từng chi tiết kết cấu và thiết bị phải được cân nhắc với các phương án khác nhau. Phải đề cập đến các điều kiện tự nhiên và các ngành kinh tế khác cùng sử dụng nguồn nước (giao thông thủy, phát điện, môi trường,...) đồng thời chú ý tới sự phát triển trong tương lai.

10.1.5  Kết cấu và thiết bị của công trình lấy nước phải bảo đảm chế độ làm việc bình thường và quản lý tiện lợi, đồng thời công tác sửa chữa có thể thực hiện được một cách thuận tiện trong mọi trường hợp. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các trạm bơm làm việc liên tục quanh năm.

10.4.6  Khi thiết kế các công trình lấy nước lớn hoặc khi điều kiện nguồn nước phức tạp, cần tiến hành thí nghiệm mô hình thủy lực (xem 5.4.9), kể cả các thí nghiệm về sự ảnh hưởng của công trình lấy nước đến dòng chảy trên sông và đến sự biến dạng của lòng sông.

10.2  Công trình lấy nước từ sông

10.2.1  Công trình lấy nước từ sông không được làm thay đổi một cách căn bản chế độ của nguồn nước, phải bảo đảm cho dòng chảy được thuận. Các công trình xây dựng bên bờ hoặc giữa sông không được làm hẹp quá (15% ÷ 30%) tiết diện ướt của sông để bảo đảm cho thuyền bè qua lại bình thường.

Lưu lượng nước lấy từ sông khi không có công trình điều tiết dòng chảy phải ít hơn (20% ÷ 25%) lưu lượng kiệt của sông. Khi lấy nhiều hơn, phải được cơ quan có thẩm quyền cho phép.

10.2.2  Công trình lấy nước bố trí ở nơi lòng sông và bờ sông ổn định, hạn chế hiện tượng lắng đọng bùn cát làm bồi lấp cửa lấy nước và hạn chế lượng cát thô qua máy bơm. Tuyệt đối không bố trí công trình lấy nước ở bãi cát nông.

10.2.3  Khi đào bờ sông để xây dựng công trình lấy nước, có thể phải tính toán chỉnh trị dòng sông để chống bùn cát đáy chảy vào công trình lấy nước.

10.2.4  Theo yêu cầu bảo vệ các bộ phận máy bơm, có thể phải bố trí bể lắng cát để loại bỏ những hạt cát có đường kính lớn. Tuy nhiên, có thể chấp nhận không làm bể lắng cát trước trạm bơm nếu giải pháp tăng khả năng chống bào mòn các bộ phận máy bơm là kinh tế hơn so với làm bể lắng cát.

10.2.5  Bố trí công trình lấy nước theo chiều ngang sông

Theo chiều ngang của sông, vị trí công trình lấy nước ở bên bờ sông hay ở giữa lòng sông tùy thuộc vào các điều kiện: biên độ dao động mực nước sông, địa hình và địa chất của bờ sông và lòng sông, bùn cát trong nước sông, điều kiện thi công và quản lý, v.v... Có các cách bố trí sau đây:

- Khi biên độ mực nước sông lên xuống nhỏ (dưới 2 m ÷ 3 m) nên bố trí các cống lấy nước loại không ngập ở bờ sông (xem Hình 32).

- Khi lưu lượng lấy vào nhỏ (khoảng 2 m³/s ÷ 3 m3/s) và biên độ mực nước sông lên xuống trung bình (khoảng 3 m ÷ 5 m) thì nên bố trí công trình lấy nước loại ngập ở bờ sông (xem Hình 33).

Hình 32 - Sơ đồ bố trí công trình lấy nước loại không ngập ở bờ sông

Hình 33 - Sơ đồ bố trí công trình lấy nước loại ngập ở bờ sông

- Đối với những đoạn sông có đê và khoảng cách từ mép nước sông đến đê ngắn, công trình lấy nước có thể kết hợp với cống qua đê (xem Hình 34). Nước từ sau cống được dẫn về bể hút trạm bơm đặt ở trong đê bằng kênh hở hoặc bằng đường ống.

- Khi biên độ mực nước sông lên xuống lớn (> 6 m), lưu lượng lấy vào trung bình và lớn (≥ 3 m³/s), có thể bố trí công trình lấy nước kết hợp nhà máy bơm ở bờ sông (xem Hình 35).